Метод "протокол в протоколе", примененный в программном обеспечении отработки подсистем блока управления перспективных космических аппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнёва

Метод «протокол в протоколе», примененный в программном обеспечении отработки подсистем блока управления перспективных космических аппаратов

Прудков Виктор Викторович, магистр, аспирант, инженер-программист ОАО «ИСС» им. академика М.Ф. Решетнева»

В настоящее время в ОАО «ИСС» им. академика М.Ф. Решетнева» интенсивность графиков изготовления РЭА современных космических аппаратов для проведения отработочных испытаний в объёме наземно-экспериментальной отработки и комплектации штатных изделий исключительно высока. Необходимость увеличивать эффективность отработки радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и сокращать ее сроки для вновь создаваемых изделий влечет за собой создание унифицированных и автоматизированных рабочих мест наземно-экспериментальной отработки РЭА.

Разрабатываемые на предприятии блоки управления, входящие в состав бортового комплекса управления (БУ БКУ), для современных и перспективных космических аппаратов проектируются по модульному принципу. В состав блока управления входят: центрально-процессорный модуль (ЦПМ) и интерфейсные модули сопряжения (ИМС или подсистемы). ЦПМ позволяет реализовать все логические функции конкретной аппаратуры программными средствами. ИМС осуществляют управления системами КА. Информационно логическая связь ЦПМ и ИМС осуществляется по последовательному периферийному интерфейсу (ППИ). Управление БУ осуществляется бортовым центральным вычислительным комплексом (БЦВК) по мультиплексному каналу обмена (МКО) [1]. ЦПМ принимает команды управления по МКО от БЦВК, декодирует их, и выдает слова данных (СД), содержащие команды управления (КУ), в соответствующие подсистемы БУ (ИМС). Так же БЦВК считывает СД от ЦПМ, содержащие телеметрическую информацию.

Сейчас срок активного существования космических аппаратов составляет 10-15 лет, и для его обеспечения, как одной из задач, является верификация надежности бортовой РЭА, одной из задач которой является отработка логики функционирования ИМС и ее составляющих. ИМС аппаратно представляют собой блоки, выполняемые в виде универсального конструктива. Они выполняют свои специализированные задачи, выполняя роль связующего звена между БЦВК и системами КА.

В ходе отработки логики функционирования ИМС должны быть подтверждены заложенные схемные и технические решения на соответствие техническому заданию (ТЗ). Данный этап называется лабораторно-отработочные испытания ИМС и заключается в выявлении ошибок при их проектировании, изготовлении, а так же ошибок в проектах ПЛИС ИМС.

Для реализации этого этапа в отделе проектирования и разработки бортовой РЭА было создано рабочее место (РМ) автономной отработки ИМС, приведенное на рисунке 1, на базе лабораторного отработочного комплекса [2].

Стерилизатор гласперленовый

Компрессоры, фильтры, терморегуляторы, стерилизаторы, корма и др.

Рис. 1. Рабочее место автономной отработки ИМС.

Рабочее место автономной отработки ИМС состоит из персонального компьютера (ПК), ЦПМ и подключаемых ИМС. Для информационного обмена ПК и ЦПМ используется плата производства фирмы «Элкус» TE1-PCI2, поддерживающая протокол МКО. Для связи ПК и ИМС используется плата PIO-D186.

Использование ЦПМ в составе рабочего места позволило:

сэкономить время на разработку аппаратных интерфейсов для управления ИМС от ПК;

приблизить управление ИМС к штатному, тем самым дополнительно проверяя его информационное сопряжение с ЦПМ.

Аппаратная часть такого рабочего места реализует структуру и устанавливает информационные связи для различных ее элементов. Основным же инструментом для достижения генеральной цели такой системы, является программное обеспечение (ПО). Такое ПО должно обеспечивать гибкую и полную проверку всех логических функций отрабатываемых подсистем, а так же проводить их отработку в сжатые сроки и с наименьшими трудозатратами.

Большое количество требований предъявляемых к ПО и наличие ограничивающего фактора, такого как отсутствие единой информационно-логической связи между ПК и ИМС, предполагают не тривиальное построение ПО. бортовой космический автономный

Написание программной оболочки на ПК не составляет труда, необходимо еще управлять ПО ЦПМ, которое в свою очередь управляло бы ИМС. Следовательно, чем больше объем проверок для конкретной ИМС, тем сложнее должно быть ПО ЦПМ, для реализации этих процедур, которыми в свою очередь должен управлять оператор с ПК. Данный подход не является гибким и унифицированным, т.к. подразумевает постоянное наращивание, корректировку и прошивку ПО ЦПМ в зависимости от возникающих задач в процессе отработки ИМС. Для решения данной проблемы необходимо создание наиболее гибкого ПО ЦПМ, которое бы не само выполняло какие-то действия в ходе отработки, а реализовывало бы только транзитную связь данными между ПК и ИМС, тем самым возложив функцию управления ИМС на ПК, что было бы очень удобно для оператора. Для этого необходимо было провести анализ протоколов обмена ПК-ЦПМ и ЦПМ-ИМС, с целью возможности реализации данного варианта.

В ходе анализа протоколов МКО (ПК-ЦПМ) и ППИ (ЦПМ-ИМС) было выявлено, что можно встроить протокол ППИ в МКО. Т.е. передавать посылки формата ППИ в информационных СД протокола МКО, но с одним ограничением: количество передаваемых информационных СД по МКО равно 32, по протоколу ППИ не оговорено, а значит, может быть и больше. Проанализировав количество СД в посылках для различных подсистем, было выявлено, что их количество не превышает 22 за один обмен, следовательно, данным ограничением можно пренебречь. Таким образом, можно встроить протокол ППИ в МКО, т.е. передавать в сообщениях формата МКО, уже заданные сообщения в формате ППИ. Данный метод «протокол в протоколе» позволяет объединить единой информационно-логической связью ПК и ИМС, путем их общения на уровне формата ППИ.

На основе данного метода был разработан протокол обмена ПК и ЦПМ, который был реализован в ПО автономной отработки ИМС [3].

Суть разработанного протокола заключается в следующем: разработчик, проверяющий ИМС, передает с ПК в ЦПМ сообщения по МКО, составленные в соответствии с протоколом ППИ (31 СД МКО), и дополнительную информацию обмена (1 СД МКО - в нем содержатся различные форматы обмена с ИМС). Приняв полученные сообщения, ЦПМ декодирует их согласно дополнительной информации, т.е. устанавливает тип обмена и выдает сообщение по ППИ (принятое в сообщении МКО) в ИМС. Примененный метод «протокол в протоколе» делает протокол МКО «прозрачным» и позволяет формировать сообщения по ППИ на компьютере. Благодаря применению данного метода нет необходимости корректировать ПО ЦПМ, достаточно прошить его один раз и можно использовать для проверки любых ИМС различных изделий. А оперирование СД ИМС на компьютере позволяет применять различные процедуры автоматизации на ПК (такие как: генерация тестов, предварительный анализ тестов, анализ полученных данных и т.д.), с целью сокращения времени отработки конкретной ИМС.

Таким образом, применение метода «протокол в протоколе» позволило создать гибкое и унифицированное ПО способное решать поставленные задачи автономной отработки ИМС.

В настоящее время с помощью разработанного программного обеспечения, реализующего метод «протокол в протоколе», проведена автономная отработка ИМС блоков управления космических аппаратов «Муссон», «Глонасс-К», а так же оно используется при отработке КА «Луч-5», «Амос-5». В ходе проведения испытаний была подтверждена правильность выбранного подхода к построению программного обеспечения и использованию метода «протокол в протоколе».

Метод «протокол в протоколе» применим для реализации единой информационно-логической связи двух устройств, не имеющих прямого сопряжения между собой, путем встраивания одной не прямой информационно-логической связи в другую, если это предоставляется возможным.

Литература

1. ГОСТ Р 52070-2003. Интерфейс магистральный последовательный. Системы электронных модулей.

2. Пичкалев А. В. Испытания радиоэлектронной аппаратуры на лабораторном отработочном комплексе / А. В. Пичкалев // Решетневские чтения: материалы XII Междунар. науч. конф.; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2008. С. 158-159.

3. Прудков В. В. Особенности построения программного обеспечения автономной отработки подсистем блока управления перспективных КА / В. В. Прудков // Решетневские чтения: материалы XIII Междунар. науч. конф.; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2009. С. 531-532.

Размещено на Allbest.ru