本發明涉及精指向機構控制系統領域，特別是涉及一種精指向機構控制系統的嵌入式軟件設計方法。

背景技術：

1、隨著航天技術的不斷發展，未來如火星探測、載人月球任務等航天任務將更加復雜和多樣化，這些任務的數據傳輸具有傳輸距離遠、數據量大的特點，需要更高效、可靠的通信方式。激光通信作為一種先進的航天通信技術，不僅具有通信容量大、保密性強的特點，還能減少傳輸時間，提高任務效率，為下一代航天任務提供有力的支持。激光通信系統結構復雜，包括粗瞄單元、光學天線、精瞄單元等多個部分。精指向機構系統通常作為精瞄單元的一部分，與粗瞄單元配合工作，共同實現對光束的精確對準。當光束受到衛星運動、平臺振動、空間環境擾動等干擾時會發生偏移，精指向機構控制系統能夠通過精指向機構在高精度下實現光束的快速偏轉，從而精確補償偏移的光束，確保通信鏈路的穩定性，提高通信的可靠性和效率。

2、作為激光通信系統的核心部件之一的精指向機構控制系統，其嵌入式控制軟件的開發至關重要，為了降低系統整體的復雜性和耦合度，提高系統的穩定性和可靠性，需要提供一種通用的嵌入式軟件模型架構，該架構需要適配不同類型的精指向機構控制系統的軟件開發，確保在不同類型的精指向機構控制系統可以使用同一軟件模型架構，實現軟件模塊化，減少軟件維護的工作量。

3、精指向機構控制系統的嵌入式軟件一般具有控制算法實現功能、數據總線通信功能、模擬信號高速率采樣功能、數字信號高速率輸出功能等。由于不同類型精指向機構的控制系統硬件配置存在差異，其通訊類型、反饋量輸入類型及控制量輸出類型也不相同，此外，對于編隊衛星等衛星群體的激光通信，其嵌入式軟件存在重復設計和缺乏標準化的開發流程的缺點。因此，精指向機構控制系統嵌入式軟件模型架構的開發存在重復設計、生產效率低等缺點。

技術實現思路

1、針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種精指向機構控制系統的嵌入式軟件設計方法解決了不同類型精指向機構在激光通訊系統中嵌入式軟件開發的通用化問題，避免重復設計，提高生產效率，降低生產成本。

2、為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：一種精指向機構控制系統的嵌入式軟件設計方法，包括以下步驟：

3、s1：根據精指向機構控制系統的硬件配置和空間任務需求，確定嵌入式軟件的功能；

4、s2：根據嵌入式軟件的功能及模塊化分解原則，設計嵌入式軟件的模塊化架構；

5、s3：根據嵌入式軟件的模塊化架構控制精指向機構執行相應功能，完成精指向機構控制系統的嵌入式軟件設計。

6、進一步地，所述s1中嵌入式軟件的功能包括任務調度功能、ad/da轉換功能、精準指向控制功能、實驗數據回傳功能和通信管理功能。

7、進一步地，所述s2中嵌入式軟件的模塊化架構包括：

8、硬件抽象層：所述硬件抽象層位于最底層，與硬件設備直接交互，為上層軟件提供抽象的硬件接口；

9、核心服務層：所述核心服務層位于硬件抽象層上面，用于提供核心服務，為中間件層和應用程序層提供基礎支撐；

10、中間件層：所述中間件層位于核心服務層上面，為應用程序層提供通用的服務接口和功能；

11、應用程序層：所述應用程序層位于最上層，與用戶直接交互，為用戶自定義的軟件部分，根據業務需求調用中間件層提供的服務，實現精指向機構具體的功能。

12、進一步地，所述應用程序層包括：

13、初始化模塊：所述初始化模塊用于在精指向機構控制系統上電或復位后，對系統的各個部分進行配置和初始化，包括設置時鐘、復位信號和i/o端口；在初始化過程中，所述初始化模塊還用于檢測系統的錯誤狀態，包括配置錯誤和硬件故障，并采取相應的恢復措施；

14、數據處理模塊：所述數據處理模塊進行精指向機構數據的接收、處理和傳輸，包括數據濾波、轉換和控制計算操作；

15、任務調度模塊：所述任務調度模塊用于管理精指向機構控制過程中的所有任務，包括設備的啟動、停止、狀態監測和故障處理操作；

16、通信模塊：所述通信模塊用于進行實驗數據回傳和通信管理。

17、進一步地，所述初始化模塊包括：

18、配置存儲單元：所述配置存儲單元用于存儲fpga的配置數據和程序代碼；

19、時鐘管理單元：所述時鐘管理單元用于為初始化模塊提供時鐘信號，并進行時鐘同步和頻率調整；

20、復位控制單元：所述復位控制單元用于接收和處理復位信號，并觸發fpga的初始化過程；

21、邏輯電路配置單元：所述邏輯電路配置單元用于根據讀取的配置數據，對fpga內部的邏輯電路進行配置；

22、接口初始化單元：所述接口初始化單元用于初始化fpga的i/o接口和通信接口。

23、進一步地，所述數據處理模塊包括：

24、輸入輸出單元：所述輸入輸出單元用于與外部信號進行交互，接收外部電渦流傳感器的ad輸入信號，并向外部驅動元件發送da控制信號；

25、數據計算單元：所述數據計算單元用于進行數據處理操作，由可編程邏輯單元組成，所述可編程邏輯單元通過硬件描述語言進行編程，以實現對采集數據的濾波預處理和控制指令計算操作；

26、數據存儲單元：所述數據存儲單元用于存儲處理過程中的數據。

27、進一步地，所述任務調度模塊包括：

28、任務隊列存儲單元：所述任務隊列存儲單元用于發出待執行的任務請求，并按照優先級或截止時間因素進行排序；

29、任務調度運算單元：所述任務調度運算單元用于根據任務隊列存儲單元中的任務請求和系統資源，動態地分配和執行任務；

30、資源管理單元：所述資源管理單元用于監控和管理fpga內部的硬件資源；

31、狀態監控單元：所述狀態監控單元用于監控任務的執行狀態，包括任務的開始時間、執行時間和完成狀態。

32、進一步地，所述通信模塊包括：

33、通信接口單元：所述通信接口單元用于與外部設備的接口連接，包括數據接口和控制接口，所述數據接口用于傳輸實驗數據，所述控制接口用于接收控制信號和發送狀態信號；

34、通信協議處理單元：所述通信協議處理單元用于根據通信協議對接收到的數據進行編碼和解碼，并處理通信過程中的各種異常情況；

35、數據緩存單元：所述數據緩存單元用于存儲接收到的實驗數據和待發送的數據；

36、通信控制單元：所述通信控制單元用于根據控制信號和配置參數控制通信模塊的啟動、停止和數據傳輸過程，實現通信模塊的整體控制和管理。

37、進一步地，所述s3中包括以下分步驟：

38、s31：對精指向機構控制系統的嵌入式軟件上電或復位后，精指向機構控制系統進入初始化狀態，并進行初始化操作和軟件自檢操作；

39、s32：當軟件自檢成功，則進入循環運行狀態，并進入步驟s33，當軟件自檢失敗，則進入掛起或等待狀態，通過外部干預解決故障，并重新進行初始化；

40、s33：在沒有中斷或事件觸發時，循環運行狀態使精指向機構控制系統持續執行預設任務，并進入步驟s34，當外部傳感器數據異常或通信接口出現故障時，軟件進行掛起或等待狀態，通過外部干預解決故障，并重新進入循環運行狀態；

41、s34：當程序內部的定時器達到預設的時間閾值時，定時器中斷狀態或其他中斷狀態觸發，使當前任務切換到中斷處理任務，執行設定操作，在中斷停止后，精指向機構控制系統恢復到之前的循環運行狀態或繼續執行其他任務。

42、進一步地，所述s34中其他中斷狀態包括串口中斷狀態、測量數據采集中斷狀態和精指向機構控制中斷狀態。

43、本發明的有益效果為：本發明提出了一種精指向機構控制系統的嵌入式軟件設計方法，該方法通過功能模塊化，實現了不同類型精指向機構控制系統嵌入式軟件設計開發流程的統一。具體而言，針對各種類型的精指向機構，在硬件配置存在差異的情況下，為滿足高精度實時指向任務需求，均可采用這一模型架構。該軟件模型架構可以靈活適配不同的項目，實現軟件模型的平臺化管理。這一創新不僅減輕了模型維護的負擔，還顯著縮短了軟件開發周期，提高了開發效率。