Библиографическое описание:

Прудков В. В. Анализ построения программного обеспечения для отработки подсистем перспективных КА // Молодой ученый. — 2010. — №10. — С. 20-23.

Рассматриваются варианты построения программного обеспечения и выбор оптимального. Описано взаимодействие составных частей и возможности программного обеспечения. Описан разработанный протокол обмена программы рабочего места и специального программного обеспечения центрально-процессорного модуля.

Ключевые слова: блок управления, центрально-процессорный модуль, интерфейсный модуль сопряжения, автономная отработка.

Variants of construction software and a choice of the optimum are considered. Software interaction components and capabilities of the software is described. The developed report of an exchange of the program of a workplace and the special software of the central-processor module is described.

Keywords: management block, central-processor module, interfacing of the management block, independent working off.

 

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 РЭА и сокращать ее сроки для вновь создаваемых изделий, влечет за собой создание унифицированных и автоматизированных рабочих мест наземно-экспериментальной отработки РЭА.

Разрабатываемые блоки управления бортового комплекса управления (БУ БКУ) современных и перспективных космических аппаратов предприятия проектируются по модульному принципу и состоят из центрально-процессорного модуля (ЦПМ), который позволяет реализовать все логические функции конкретной аппаратуры не аппаратными, а программными средствами, и интерфейсных модулей сопряжения (ИМС или подсистем), осуществляющих управления системами КА, подключаемых к ЦПМ по последовательному периферийному интерфейсу (ППИ). Управление БУ осуществляется бортовым интегрированным вычислительным комплексом (БИВК) по мультиплексному каналу обмена (МКО) (ГОСТ Р 52070-2003). ЦПМ принимает команды управления по МКО от БИВК, декодирует их, и выдает слова данных (СД), содержащие команды управления (КУ), в соответствующие подсистемы БУ (ИМС). Так же БИВК 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 логики функционирования бортовой РЭА, одним из этапов которой является верификация логики функционирования ИМС, ее составляющих. В ходе проведения этого этапа 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, на базе лабораторного отработочного комплекса [1]. В ходе проведения автономной отработки ИМС должны быть решены следующие задачи:

·       Полная проверка функционирования, как отдельных блоков ИМС, так и всего ИМС, состоящей из нескольких блоков;

·       Проверка устойчивости функционирования ИМС при аномальных ситуациях;

·       Выявление ошибок в функционировании ИМС.

Рабочее место автономной отработки ИМС приведено на рисунке 1.

 

 

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 TE1-PCI2 поддерживающая протокол МКО. Для связи ПК и ИМС используется плата PIO‑D186.

Построенное по такому принципу рабочее место создает определенные трудности при разработке программного обеспечения автономной отработки ИМС, т.к. нет возможности прямого воздействия с ПК на ИМС.

Первый вариант построения ПО заключается в написании отдельных программ-тестов зашиваемых в ЦПМ и запускаемых оператором с помощью программы на ПК. В данном варианте построения ПО можно выявить ряд недостатков:

·       необходимо разрабатывать большое количество программ-тестов, зашиваемых в ЦПМ, для проверки каждого ИМС, что влечет за собой значительный объем работ и затрату большого количества времени на разработку и написание программ-тестов;

·       для перехода от одного теста к другому необходимо каждый раз перепрашивать ЦПМ, записывая в него новую программу-тест, что опять же отнимает значительное время;

·       локальное изменение программы-теста в ЦПМ не возможно, следовательно, для изменения каких либо параметров, необходимо перепрашивать ЦПМ программой-тестом с измененными параметрами;

·       для перепрошивки ЦПМ, новой программой-тестом, необходимо привлекать человека умеющего это делать, либо обучать оператора, который осуществляет проверку.

Недостатки первого подхода к построению ПО, не предоставляют возможность проводить автономную отработку ИМС с минимальными трудозатратами и в кротчайшие сроки.

Второй вариант построения ПО заключается в написании единой программы для ЦПМ, управление которой должно осуществляться с компьютера, т.е. тесты задаются непосредственно на компьютере, а затем пересылаются в ЦПМ по каналу МКО, где и происходит их выполнение.

Второй подход позволяет избавиться от недостатков первого подхода, но для его реализации необходим специальный протокол обмена между ПК и ЦПМ.

В ходе анализа протоколов МКО и ППИ было выявлено, что можно встроить протокол ППИ в МКО, т.е. передавать посылки формата ППИ в информационных словах данных протокола МКО, но с одним ограничением: количество передаваемых слов данных по МКО равно 32 (из них 30 информационных), а по протоколу ППИ не оговорено, т.е. может быть и больше. Проанализировав количество СД в посылках для различных подсистем, было выявлено, что количество СД не превышает 22 за один обмен, а следовательно, данным ограничением можно пренебречь.

Таким образом, для реализации ПО, был выбран второй вариант. В результате чего было создано программное обеспечение позволяющее решать поставленные задачи в ходе автономной отработки ИМС, а так же обладающее рядом особенностей:

·       отрабатывать несколько ИМС, соединенных между собой по межблочным разъемам и подключенных к ЦПМ;

·       отрабатывать БУ в сборе, с использованием в качестве соединения ИМС – штатные кабели.

Разработанное ПО можно разделить на 2е части:

·       Основное ПО – является управляющим, т.е. задает управляющие воздействия и считывает СД на входах ИМС;

·       Дополнительное ПО – контролирует состояние регистров ИМС и позволяет записывать /считывать СД на выходах ИМС.

Состав основного ПО:

·       программа «Рабочее место проверки ИМС», разработанная на языке Borland C++ Builder 6.0 и устанавливаемая на персональном компьютере;

·       специальное программное обеспечение (СПО), зашиваемое в ЦПМ, выполнено в технологической среде разработки программного обеспечения ЦПМ, поставляемой ФГУП НИИ «Субмикрон» и полностью поддерживает разработанный протокол.

Для обеспечения информационного взаимодействия этих программ был разработан протокол, основанный на протоколе обмена по МКО. Особенностью разработанного протокола является то, что разработчик, проверяющий ИМС, передает с компьютера в ЦПМ сообщения, составленные в соответствии с протоколом ППИ, и дополнительную информацию обмена. Приняв полученные сообщения, ЦПМ, выдает их в ИМС, согласно дополнительной информации. Данная технология делает протокол МКО «прозрачным» и позволяет формировать сообщения по ППИ на компьютере. Благодаря данной технологии нет необходимости корректировать СПО, достаточно зашить его в ЦПМ один раз и можно использовать для проверки любых ИМС различных изделий.

Состав дополнительного ПО:

·       набор программ, разработанных на языке Borland C++ Builder 6.0, специально для конкретного ИМС в соответствии с его исходными данными. Каждая программа предназначена для регистрации состояния внутренних регистров и задания значений выходных регистров конкретного ИМС.

Основной принцип работы разработанного ПО автономной проверки ИМС заключается в следующем: оператор задает на персональном компьютере набор пакетов в программе «РМ проверки ИМС», каждый из которых состоит из сообщения в формате ППИ и дополнительной информации, необходимой для обмена. В свою очередь программа «РМ проверки ИМС» формирует из каждого пакета – сообщение по МКО, в соответствии с разработанным протоколом. После задания пакетов оператор запускает обмен. Заданные сообщения передаются от ПК, с помощью платы TE1-PCI2, в ЦПМ по каналу МКО. ЦПМ, принимая каждое сообщение по МКО, декодирует его, согласно разработанному протоколу, и передает сообщение по ППИ на входы ИМС, согласно дополнительной информации находящейся в полученном сообщении МКО. Если в полученном сообщении указан тип обмена – «чтение СД», то ЦПМ считывает СД с входов ИМС. Эти СД содержат информацию формируемую в самом ИМС и на его выходах. Формирование внутренних данных в ИМС контролируют специальные дополнительные программы, написанные для конкретного ИМС, с помощью платы PIO-D186. Данные программы контролируют состояния выходов ИМС, отображая на экране полученные данные, а так же предоставляют возможность задавать состояния регистров на выходах ИМС, для их последующего считывания ЦПМ.

Общие особенности разработанного ПО:

·       Единая оболочка – позволяет разработчику ИМС, проводить автономную отработку ИМС через единую оболочку (программу «РМ проверки ИМС»), путем задания различных тестов;

·       Прозрачность протокола МКО – разработанный протокол позволяет обойти протокол МКО, задавая на компьютере сообщения в формате ППИ с дополнительной информацией.

·       Простота в использовании – единая оболочка и интуитивно понятный интерфейс позволяют разработчикам ИМС, создавать пакеты тестов, проводить проверку и анализировать полученную информацию, без чьей либо помощи.

Единая оболочка отработки ИМС обладает рядом функциональных возможностей, которые в своей совокупности являются мощным средством обеспечения гибкой, надежной, и достоверной отработки ИМС.

Функциональные особенности единой оболочки для автономной отработки ИМС:

·       Генерация набора пакетов – предоставляет оператору средства для автоматического формирования цепочки пакетов на основании заданных параметров, соответствующих конкретному ИМС;

·       Предварительный анализ набора пакетов – программа анализирует составленную цепочку пакетов на предмет ее полноты и правильности составления, и в случае невыполнения этих условий выдает соответствующие предупреждения, исключая тем самым возможные ошибки вносимые оператором, при корректировки цепочки пакетов;

·       Автоматический режим – позволяет запускать заданную цепочку пакетов с автоматическим изменением данных на каждом цикле выполнения, заданной цепочки пакетов; объем изменяемых данных задается предварительно оператором;

·       Анализ протокола – программа производит анализ протокола обмена, выявляя ошибки в функционировании ИМС, на основании полученных данных, и отображает оператору подробную информацию по выявленным отрицательным результатам;

·       Имитация не штатных ситуаций – позволяет проверить работоспособность ИМС при неполноте или недостоверности передаваемой в него информации.

Таким образом, разработанное ПО полностью решает поставленные задачи автономной отработки ИМС, а так же благодаря своим особенностям, позволяет:

·       проверять работоспособность ИМС при возникновении не штатных ситуаций, путем их моделирования;

·       автономно отрабатывать каждый комплект ИМС (основной/резервный) подключаемый к каждому комплекту ЦПМ (основной/резервный);

·       проводить автономную отработку БУ в сборе.

В настоящее время с помощью данного программного обеспечения проведена автономная отработка ИМС блоков управления космических аппаратов «Муссон», «Глонасс-К», а так же оно используется при отработки КА «Луч-5», «Амос-5». В ходе проведения испытаний была подтверждена правильность выбранного подхода к построению программного обеспечения, таким образом разработанное ПО доказало свою надежность, универсальность и простоту в использовании, благодаря чему оно применимо для отработки последующих ИМС блока управления перспективных КА.

Дальнейшим развитием данного программного обеспечения может быть интеграция дополнительных программ в основную, для более удобного оперирования с данными на уровне единой программной оболочки.

 

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.

 

 

Основные термины: отработки ИМС, автономной отработки ИМС, конкретного ИМС, программного обеспечения, автономную отработку ИМС, функционировании ИМС, выходах ИМС, функционирования ИМС, работоспособность ИМС, отработки ИМС должны, логики функционирования ИМС, блоков ИМС, ПЛИС ИМС, автономной проверки ИМС, испытания ИМС, устойчивости функционирования ИМС, входах ИМС, регистров ИМС, комплект ИМС, соединения ИМС

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle