[0001] 本发明涉及卫星星务管理领域，具体地，涉及一种基于FPGA的多接口通用集成系统及方法。

[0002] 卫星星务管理作为卫星总体管理的信息处理和决策中枢，与卫星其他分系统存在众多不同类型接口，且数量众多。

[0003] 随着微小卫星的迅猛发展，对接口管理的集成化和精细化要求越来越高。在传统卫星设计中，不同类型接口常分类管理，由不同的FPGA模块分别管理，接口种类按模块级别管理。相比大卫星，微小卫星接口数量虽较少，但接口种类仍较多。若按常规卫星的星务单机配置方式，需配置大量模块，然而各接口类型模块的接口实际利用率低，而且，由于微小卫星对星务单机可容纳模块数量存在功耗和散热的限制，传统星务系统通过单板级终端管理各种接口，难以满足当前微小卫星小型化、集成化、轻量化的实际需求。

[0004] 在现有的技术中，如公开号CN105760335A的专利文献公开的一种航天器通用接口控制器，虽然能代替处理器完成对各种航天器通信接口的时序控制和协议处理，实现航天器通信接口的标准化和通用化，但该方案可能在应用范围上存在一定的局限性，可能难以满足更广泛领域和复杂场景下的多接口集成需求。

[0005] 又如公开号CN111891398A的专利文献公开的一种弹性通用的智能卫星硬件体系架构，解决了卫星硬件体系架构缺乏通用性及弹性的问题。然而，对于基于FPGA的多接口通用集成方面，其针对性可能不足，无法直接为基于FPGA的多接口通用集成提供完善的解决方案。

[0006] 综上所示，目前迫切需要一种基于FPGA的多接口通用集成方法，以削减整星的重量、功耗、体积等指标，解决微小卫星上接口众多及集成需求与重量功耗等指标的控制难题。

[0047] 本发明包含一种基于FPGA的通用星载终端及其FPGA软件，通用星载终端所含接口为一系列标准接口类型，包括数字量接口、模拟量接口和功率接口，各接口由FPGA软件进行统一管理。数字量接口包括高速同步RS422接口、异步RS422接口、高速LVDS接口,模拟量接口包括AD/DA接口，功率接口包括阀门接口、OC门接口、加热器接口。多接口的通用星载终端的输入输出接口类型进行标准化设计，在FPGA软件的协议处理下，与包括星务软件的操作系统在内的各接口进行标准化信息交互。本发明利用操作系统实现对多种数据接口精细化管理，采用灵活度更高的操作系统软件对各接口进行管理，实现高效传输、高集成度、高灵活性的通用星载终端。

[0048] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0049] 本实施例提供了一种基于FPGA的多接口通用集成系统，包括：基于FPGA的通用星载终端和FPGA软件，FPGA软件嵌入通用星载终端。

[0050] 图1为本发明实施例中基于FPGA的通用星载终端的通用示意图。

[0051] 如图1所示，通用星载终端以一种通用集成终端为基础，包括FPGA芯片、多个接口芯片和多个接口，FPGA芯片分别通过接口芯片连接接口，实现对应类型的数据交互。

[0052] 本实施例中，接口包括数字量接口、功率接口和模拟量接口，各个接口由FPGA软件进行统一管理。其中，数字量接口包括高速422接口和LVDS接口，功率接口包括阀门接口、OC门接口和加热器接口，模拟量接口包括AD/DA接口。对应地，接口芯片包括高速数字串口接口驱动芯片、LVDS接口驱动芯片、加热器驱动芯片、多路开关驱动芯片、OC驱动芯片和AD/DA转换芯片。高速422接口与高速数字串口接口驱动芯片连接，LVDS接口与LVDS接口驱动芯片连接，阀门接口与多路开关驱动芯片连接，OC门接口与OC驱动芯片连接，加热器接口与加热器驱动芯片连接，AD/DA接口与AD/DA转换芯片连接。

[0053] FPGA芯片为一种接口管理芯片，所述通用星载终端还包括Flash芯片、反熔丝PROM芯片和MRAM芯片，根据实际对抗单粒子翻转能力的需求，FPGA软件存储在Flash和反熔丝PROM中。具体地，所述Flash芯片用于存放上注程序，所述反熔丝PROM芯片用于存放FPGA软件的初始版本程序，简称为黄金版本，以保证FPGA芯片在轨软件稳定运行。所述MRAM芯片用于存放所述FPGA软件运行处理过程中的配置文件、参数和程序，所述Flash芯片、所述反熔丝PROM芯片和所述MRAM芯片都设置在所述FPGA芯片的外围，并通过电路与所述FPGA芯片进行数据交互，

[0054] 所述Flash芯片和所述反熔丝PROM芯片分别根据所述星务软件的指令向所述FPGA芯片提供上注程序和初始版本程序，

[0055] 在对于抗单粒子要求较高的情况下，当FPGA芯片在轨复位重载时，所述FPGA芯片将从反熔丝PROM芯片中重新读取程序，所述FPGA芯片在轨利用所述Flash芯片实现在轨重构，并通过在轨上注的方式实现功能更新，所述FPGA软件通过在轨更新的方式实现对于接口处理数据类型的更新，所述FPGA芯片通过所述高速422接口接收上注程序，所述FPGA芯片收到上注程序后，按照设定的上注程序更新方式进行对应接口的更新。

[0056] 本实施例中，高速数字串口接口驱动芯片为高速422接口驱动芯片，FPGA芯片通过高速422接口驱动芯片管理的高速422接口与星务软件进行通信，高速422接口包括同步422接口和异步422接口。

[0057] 具体地，针对同步422接口和异步422接口，FPGA芯片通过26C31芯片和26C32芯片与外部接口进行数据交互，根据实际对传输效率和可靠性的需求，对于同一外部接口，FPGA芯片能够实现单收、单发、双收和双发，接口速率可按需配置为115200bps或921600bps。FPGA芯片通过高速422接口与外部接口进行的数据交换，主要包含遥测数据和重构等业务数据。其中，针对遥测数据，FPGA芯片通过响应星务软件的遥测群采指令，将外部串口的422遥测数据传送至星务软件，针对重构数据，FPGA芯片接收到星务软件转发的重构程序，并依据应用软件识别符进行判断，进而选择相应接口输出。

[0058] 本实施例中，FPGA芯片通过LVDS接口驱动芯片管理LVDS接口，LVDS接口驱动芯片包括LVDS31驱动芯片和LVDS32驱动芯片。

[0059] 具体地，当FPGA芯片作为接收方时，LVDS接口根据实际需求，配置为一发一收或一发二收；当FPGA芯片作为发送方时，FPGA芯片仅可配置为一收一发。LVDS单路接口的收发带宽按需配置，最低为1bit，最高为4bit。

[0060] 本实施例中，FPGA芯片通过AD/DA转换芯片分别实现对AD/DA接口的采集和输出，AD/DA接口包括126路AD模拟量采集接口和3路磁控驱动电流输出接口。

[0061] 具体地，126路AD模拟量采集接口为电压量8路、温度量46路和电压/温度可配置采集接口56路。

[0062] 进一步具体地，FPGA芯片通过AD转换芯片实现对外部接口模拟量的采集，采集的模拟量包括电压值和电流值，AD转换芯片采集后将采集转换后的数字量遥测送至FPGA芯片进行编码，FPGA芯片将数字量遥测进行组包，通过内总线，按照星务软件的采集指令节拍，返回给星务软件的遥测管理模块。

[0063] 进一步具体地，FPGA芯片通过DA转换芯片实现对3路磁控驱动电流输出接口输出模拟量，输出的模拟量包括电压量和电流量，FPGA芯片将星务软件送出的数字量数据进行DA转换芯片转换后，经后端驱动电路，送对应3路磁控驱动电流输出接口，用于驱动外部接口。

[0064] 本实施例中，FPGA芯片通过功率MOS管实现驱动加热器接口，FPGA芯片根据接收星务软件的指令，对某一路加热器进行选择，即实现对32路28V加热器进行驱动接口的控制，功率MOS输出的模拟量为电压量和电流量，输出电压与一次电源电压一致，输出电流根据星务软件预存的热控处理方法进行调节。

[0065] 本实施例中，FPGA芯片通过功率MOS管驱动阀门接口，实现对于AD采集源的切换，可以节省AD/DA转换芯片的数量，降低模块整体功耗。具体地，FPGA芯片根据接收星务软件的指令，选择某一路开关，通过功率MOS输出的电压量，来驱动阀门接口的开关。

[0066] 本实施例中，FPGA芯片通过OC驱动芯片驱动OC门接口。具体地，FPGA芯片根据接收星务软件的指令，选择某一路OC驱动，并根据指令中指定的脉宽，将负线拉低，从而输出驱动信号。本实施例中，OC门接口包括64路OC门输出接口。

[0067] 实施例2：

[0068] 本实施例应用上述实施例1中的基于FPGA的多接口通用集成系统，FPGA芯片通过接口芯片在对应接口上实现对应类型的数据交互，星务软件的操作系统通过内部总线对通用星载终端进行数据访问，FPGA软件根据指令，向星务软件返回指定接口的数据。

[0069] 图2为本发明实施例中的基于FPGA的多接口通用集成方法示意图。

[0070] 如图2所示，本实施例提供了一种基于FPGA的多接口通用集成方法，包括如下步骤：

[0071] S1：FPGA软件在加电后，按照程序设定，将ROM中的程序搬移到RAM中，并进行程序加载。

[0072] S2：FPGA软件在进行程序加载后，对各个接口进行初始化设置，包括参数配置。

[0073] S3：FPGA软件开始并行接收、处理和响应各个接口的数据，包括星务软件及其他各接口的数据。

[0074] S4：针对数字量接口，FPGA软件根据星务软件的指令要求，将指定接口的数据返回给星务软件，或者将星务软件的数据送至数字量接口。

[0075] 数字量接口包括高速422接口和LVDS接口。

[0076] S5：针对功率接口，FPGA软件根据星务软件的指令要求，通过多路开关驱动电路，将功率接口进行驱动。

[0077] 功率接口包括阀门接口、OC门接口和加热器接口。

[0078] S6：针对模拟量接口，FPGA软件根据星务软件的指令要求，通过AD/DA驱动电路，向模拟量接口输出指定的电压值和电流值，或者采集模拟量接口的电压值和电流值。

[0079] S7：FPGA软件根据星务软件的配置，实现对于接口的动态配置管理。

[0080] FPGA软件可根据设计需求具备在轨更新能力，通过在轨更新的方式实现对于接口处理数据类型的更新。

[0081] 本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

[0082] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

[0083] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。