待了解的知识点

基于商用现货（COTS）组件的立方体卫星集成电子系统面临着可靠性挑战。目前有关提高系统可靠性的研究主要集中在多硬件同构热冗余和多系统冷冗余方面。然而，由于立方体卫星的能源有限且对功率有很高的要求，因此多个同构高性能处理器的热冗余对于立方体卫星来说具有挑战性。多系统冷冗余在出现问题时激活时间较长，无法维持稳定的程序运行，对系统的实时性造成不利影响。

因此，本文提出了一种结合异构硬件和异构软件的多处理器热冗余立方体卫星飞行系统解决方案，具有高实时性、高可靠性和高能效的特点。通过调度系统及其外围硬件，该方案实现了多个硬件组件之间的相互热冗余，允许主程序持续运行，同时对遇到错误的任何处理器进行硬件重启和纠错。其次，高性能处理器可处理实时图像处理任务，并同时执行卫星遥测和遥控（TT&C）任务，而低功耗处理器则专门用于卫星 TT&C 任务。FPGA 可实现异构处理器的时间同步目标，并为 TT&C 指令处理实现三选二仲裁机制，从而在监控处理器运行状态的同时确保这些指令的准确性。由于处理器之间的性能差异，高性能处理器采用了运行在 Linux 上的 ROS2 系统，以更有效地利用多核处理器的并行处理能力，而低功耗处理器则利用 FreeRTOS 满足卫星任务的实时要求。这一解决方案将应用于计划于 2024 年底发射的 3U 立方体卫星。