皮卫星星载计算机设计.doc

1、本科毕业设计论文摘 要本论文选自国家863项目皮卫星星载计算机设计课题，主要针对皮卫星星载计算机的软件调试系统进行研究。软件系统作为皮卫星星载计算机的灵魂，是皮卫星星载计算机正常运行的关键。本项目具有较高的工程意义和应用价值。在工程上，是利用现有开源代码和免费工具的一种全新的尝试；在应用上，是一套完整的皮卫星星载计算机软件调试系统。论文针对皮卫星星载计算机软件调试系统，做了以下工作：1) 从远程调试的过程入手，层次分析了软件调试系统的原理；2) 解释了软件调试系统的层次结构，并根据层次结构，制订出软件调试系统的设计方案，分析各个设计分案的利弊；3) 根据选择的设计方案，给出软件调试系统各个模块

2、的详细设计，并指出各个模块各个功能的实现要点；4) 对软件的基本功能和部分性能做了测试，给出了测试方法和测试结果。本文的创新点在于：1) 尝试突破集成化开发环境（IDE）的束缚，订制一套全新的工具集合；2) 完全使用免费软件和开源代码，并尝试开源。通过以上工作，明确了皮卫星星载计算机软件调试系统的组成、原理和实现方法，为接下来皮卫星星载计算机软件系统的构建打下了基础。关键词：皮卫星，软件调试系统，工具集合，开源ABSTRACTThis thesis which is selected from national 863 projects Pico-satellite onboard compu

3、ter design mainly research on Pico-satellite onboard computer software debugging system. As the soul of Pico-satellite onboard computer, Software system is the key of Pico-satellite onboard computers normal running. The project has a high engineering significance and application value. In engineerin

4、g, it is a new attempt to build a toolchain fully with open source code and free tools. In application, it is a complete Pico-satellite onboard computer software debugging system. The works are done as follows in connection with Pico-satellite onboard computer software debugging system1) Software de

5、bugging system principles are analyzed from the start of remote debug process,2) Explain the hierarchical structure of the software debugging system, formulate a design scheme for software debugging system according to the hierarchy and analyze the pros and cons of each design divisional,3) Accordin

6、g to the selected design, it is given that detailed design of each module in software debugging system and pointed out that the implementation point of the various functions of each module,4) Do the test on the basic functions and some properties of the software and give the test method and test res

7、ults.Innovations of this paper are:1) Try to break through the bondage of integrated development environment (IDE) and tailored a new set of tools.2) Use free tools and open source code completely, and try to open source.Through the above work, it has been clear about components, principles and impl

8、ementation methods of Pico-satellite onboard computer software debugging system, and the foundation for the next Pico-satellite onboard computer software system is built.KEY WORDS：Pico-satellite, software debugging system, toolchain, open source目 录第一章 绪论51.1引言51.2 国内外微小卫星发展概况51.3 皮卫星星载计算机软件发展概况71.4

9、本论文的内容和意义71.4.1 本论文的目的71.4.2 本论文的意义和创新点71.4.3 论文的章节安排8第二章 OBC软件联机调试原理92.1 OBC软件调试过程92.1.1 OBC软件的生成过程92.1.2 OBC软件的调试过程92.2 OBC软件调试系统结构92.1.1 传统OBC软件调试系统结构92.3 小结11第三章 OBC软件调试系统结构设计123.1 设计方案描述123.1.1 基于驱动的设计方案123.1.2 基于调试代理的设计方案123.1.3 基于调试器的设计方案133.2 设计方案对比133.3 软件的需求分析143.3.1 面向群体143.3.2 设计原则143.3.

10、3 主要功能需求分析143.3.4 次要功能需求分析153.4 软件的概要设计153.4.1 软件开发模式的选择153.4.2 软件的层次与功能划分153.4.3 软件模块的内部调用结构163.5 小结17第四章 OBC软件调试系统的详细设计与实现184.1 HandleManager模块184.1.1 HandleManager详细设计194.1.2 进程创建和输入输出重定位实现194.1.3 进程状态的查询204.1.4 非阻塞管道通信实现204.2 MessageManager模块214.2.1 MessageManager详细设计214.2.2 消息管理实现214.2.3 功能封装实现

11、224.3 OBC板测试模块234.3.1 OBC板测试详细设计234.3.2 固件烧写实现234.3.3 寄存器刷新实现244.3.4 运行/中断实现264.3.5 断点管理实现264.3.6 变量查询实现274.3.7 命令行实现274.3.8 脚本功能区实现274.4 串口测试模块284.4.1 串口模块详细设计284.4.2 可用串口的扫描与管理284.4.3 串口的发送/接收的管理294.4.4 串口发送/接收16进制数据304.5 主界面模块314.6 脚本编辑模块314.7 批量编译模块314.8 消息显示模块314.9 小结31第五章 OBC软件调试系统软件测试335.1 软件

12、测试项目设计335.1.1 软件功能检查335.1.2 软件性能测试345.2 软件测试结果345.2.1 功能测试结果345.2.2 性能测试结果355.3 小结35第六章 总结与展望366.1 本文总结366.2 工作展望36参考文献37致 谢38毕业设计小结39附 录40附录一：OBC演示软件User Guide40IV第一章 绪论1.1引言皮卫星(Picosatellite)是以微机电系统(MEMS)技术和由数个MEMS组成的专用集成微型仪器(ASIM)为基础的一种全新概念的卫星8。皮卫星主要通过分散的星座式结构实现卫星组网工作，可以完成许多任务，其中包括空间大范围的制图和地面战场增兵

13、等2。皮卫星的特点是单颗卫星体积小，功能单一，但多颗卫星组成星座后可以实现并超越一颗大型卫星的功能3。皮卫星以其成本低，开发周期短为特点，受到了通信、对地遥感、行星际探测、科学研究和技术试验等诸多方面的青睐。制造一颗大卫星的成本在10-20亿元人民币左右，需要花费至少2年时间，制造一颗微小卫星也需要几亿元；但制造一颗皮卫星，成本仅为几百万元人民币，时间仅需要几个月4。与以往的大卫星相比，皮卫星具有很多优势，如皮卫星重量轻、体积小，再加上批量生产，生产成本低；可以用小型火箭发射，或作为大型火箭的辅助载荷发射，发射成本低；能从战斗机（如F-22或F-15）甚至气球上发射，或利用地（水）面火炮发射，

14、可以满足快速反应的需求17。1.2 国内外微小卫星发展概况鉴于皮卫星体积小、重量轻、研制周期短、成本低、发射方式灵活等诸多优点，在军事上有较大的应用潜力。20世纪80年代中期以来受到越来越多国家的重视。美国已发射重量在几百千克以下的多种小卫星和重量不足10千克的试验型纳卫星和皮卫星；英国、瑞典也在2000年发射了纳卫星；法国、印度、阿根廷、智利、巴西、韩国、泰国、巴基斯坦等国已经有了自己的小卫星。此外，印度尼西亚、马来西亚、菲律宾等国以及中国台湾地区正在与航天大国合作研制小卫星或微卫星56。早在本世纪初，中科院就根据国家未来星地通信技术发展需求，提出要自主研制中国首颗重量100公斤以下的低轨道

15、数据通信小卫星及其通信系统。2003年10月21日，中科院知识创新重大项目“创新一号”存储转发通信小卫星成功发射入轨，这是中国自主研制的第一颗100公斤以下的低轨道数据通信小卫星及其通信系统。2003年10月21日，中科院知识创新重大项目“创新一号”存储转发通信小卫星成功发射入轨，这是中国自主研制的第一颗100公斤以下的微小卫星，也是中国第一代低轨道数据通信小卫星，对中国微小卫星的研究发展起到了重要作用，中国发展微小卫星事业的新局面也从此打开。中国还有许多大学、公司与参与研发微小卫星，如：清华大学、中国航天机电集团公司共同研制的“清华航天一号”微小卫星，中国卫星与深圳航天科技创新研究院、哈尔滨工业大学国家大学科技园有限公司共同设立的航天东方红海特公司研制的“试验一号”和“试验三号”卫星，浙江大学的“皮星一号A”以及南京航空航天大学推出的“天巡一号”微小卫星等。其中内国外有代表性的案例有：2000年1月26日，由美国斯坦福大学研制的OP