基于ARM的高性能星载容错计算机系统

　　引言

　　本文对基于ARM处理器的高性能星载容错计算机系统进行了方案研究和论证，该系统应用于北京航空航天大学在研的学生小卫星。该小卫星设计寿命1个月，用于实现新概念微小卫星平台在轨实验、验证重力梯度杆技术和空间成像技术。项目分为星载计算机、姿态测量、轨道测量、有效载荷、电源、空间展开机构、结构和地面站八个分系统。根据总体任务要求，星上电子系统采用一体化设计，需要完成任务总体提出的各项功能，并满足体积、功耗、可靠性和成本等指标。由于低成本的要求，星上的多种设备和器件将选用商业器件，并需要适应空间带电粒子、电磁辐射、真空和高低温等复杂环境。

　　硬件设计方案

　　星上电子系统采用一体化的设计方案，星上各个模块化的用电设备如GPS接收机、磁强计、收发机等均由星载计算机模块进行集中的数据和电源管理。星载计算机分系统包括仲裁电路模块和两个完全相同的互为备份的星载计算机模块，由仲裁电路判定当前两台星载计算机的工作状态并分配控制权。星上软件能够进行自主的星务管理，周期性地采集、分析和发送星上的状态数据，具有故障分析和处理能力。

　　在本系统中选取LPC2478作为星载计算机模块的处理器，该嵌入式处理器具有运算速度快、工作温度宽、片上资源丰富、低功耗和低成本等优点，满足项目的各项需求。

　　基于LPC2478的星载计算机功能模块

　　星载计算机主要完成星上的数据管理和设备的控制任务，是整个星上电子系统的核心。本系统充分利用LPC2478的片上资源，应用较少的外围电路扩展了处理器与设备之间的数据通讯接口，大大地减化了系统的复杂度，降低了功耗和成本。星载计算机系统的硬件功能结构及实现方式见图1。

　　本系统利用LPC2478的EMC接口扩展了片外的1MB SRAM、2MB FLASH、64KB EEPROM，可以存储引导代码、程序代码和状态数据等，并能实现在轨重新注入软件的功能;利用LPC2478的片上资源扩展了各种外部总线接口，分别与各个外部设备连接，并构成了星上的多结点CAN网络。