(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111316510.6 (22)申请日 2021.11.08 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114036103 A (43)申请公布日 2022.02.11 (73)专利权人 成都天巡微小卫星科技有限责任 公司 地址 610000 四川省成 都市双流区东升街 道银河路596号银河.596科技园科研 综合楼4楼41 1号 (72)发明人 黎康　祁飞　许钱　郑覃　 (74)专利代理 机构 成都九鼎天元知识产权代理 有限公司 51214 代理人 张杰 (51)Int.Cl. G06F 15/78(2006.01) G06F 30/27(2020.01)G06F 30/34(2020.01) G06N 3/04(2006.01) (56)对比文件 CN 111127294 A,2020.0 5.08 CN 108932162 A,2018.12.04 CN 111708623 A,2020.09.25 CN 103944629 A,2014.07.23 CN 106231224 A,2016.12.14 WO 20212 21736 A2,2021.1 1.04 US 11120263 B1,2021.09.14 庞博； 李果； 黎康.一种基 于地标的星敏感器 低频误差在轨校正方法. 《航天器 工程》 .2018,第 27卷(第3期),第79-85页. 覃俊祥.天基网络iSAT卫星体系架构设计及 实现. 《中国优秀硕士学位 论文全文数据库》 .2021,C031-992. 审查员 蒋悦 (54)发明名称 基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子 系统 (57)摘要 本发明公开了基于华为昇腾AI处理器的星 载AI综合电子系统， 涉及卫星综合电子系统技术 领域， 具体包括AI算力模块、 FPGA模块和星载模 块， 所述AI算力模块为实现图像智能处理提供基 础功能支持包； 所述FPGA模块集成可灵活配置组 合的可编程 资； 所述星 载模块通过高速以太网与 FPGA模块进行通讯； 本发明， 以华为通用智能硬 件作为天基AI算力平台， 将传统卫星典型分系统 和典型载荷的计算功能向AI算力平台转移， 采用 异构系统硬件架构， 结合开源软件生态， 提出了 新一代卫星AI综合电子系统构架， 具有算力优化 分配、 软件按需加载、 载荷即插即用、 功能快速重 构的技术特点。 权利要求书1页 说明书9页 附图8页 CN 114036103 B 2022.05.03 CN 114036103 B 1.基于华 为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统， 其特 征在于， 包括： AI算力模块： 所述AI 算力模块 为实现图像智能处 理提供基础功能支持包； FPGA模块： 所述FPGA模块 集成可灵活配置组合的可编程资源； 星载模块： 所述星载模块 通过高速以太网与FPGA模块进行通讯； 所述FPGA模块与AI 算力模块可通过PCIe接口、 S PI和GPIO接口实现连通； 所述AI算力模块内部集成一个PCI  Express Gen2 X1控制器； 所述AI算力模块与FPGA 模块可通过PCIe接口进行 连通； 所述AI算力模块集成有SPI通讯协议； 通过设置控制寄存器SPICR1中的时钟极和时钟 相位， 可设置S PI的传输模式； 所述GPIO接口用于数据中断、 FPGA的状态标志信号和作为冗余接口备用； 所述FPGA模块包括UART模块和CAN模块； 所述UART模块包括UART芯片和UART接口， 所述CAN模块包括CAN芯片和CAN接口； 所述 UART模块和CAN模块可通过UART接口和CAN接口与星载外设进行通讯； 所述FPGA模块分别与扩展D DR、 高速以太网、 UART接口和CAN接口通信； 所述FPGA模块内置有RGM端口； 所述FPGA模块通过RGM端口与PHY芯片通讯， PHY芯片与 高速以太网通讯； 所述RGM端口把提取的通道数据按同一采样时刻以通道的前后顺序发送 至信号分析设备或上位机； 所述FPGA模块内部集成了2个UART控制器， 包括UART0控制器和UART1控制器； 所述星载模块包括相机、 星敏感器和数传系统， 所述星载模块通过高速总线与FPGA模 块连接。 2.根据权利要求1所述的基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统， 其特征在于， 所述AI算力模块由昇腾310处 理器和Hi3 559C开发板搭建。 3.根据权利要求1所述的基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统， 其特征在于， 所述PCI Express Gen2 X1控制器支持PCIe  1.1/2.0标准， 工作速率可达Gpbs级。 4.根据权利要求1所述的基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统， 其特征在于， 所述FPGA模块通过JEDEC接口与扩展DDR连接， 用于系统工作时执行系统程序和缓存数据； 所述FPGA模块内的D DR控制器支持对动态存 储器DDR3 SDRAM 的存取控制。 5.根据权利要求1所述的基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统， 其特征在于， 所述FPGA模块 通过SATA接口与固态硬 盘SSD连接， 串行SATA总线 使用嵌入式时钟信号。 6.根据权利要求1所述的基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统， 其特征在于， 所述RGM端口支持工作在10Mbps、 100Mbps和1000Mbps模式下， 同时兼容GEM和RMII接口模 式。 7.根据权利要求1所述的基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统， 其特征在于， 所述FPGA模块内的UART模块可扩展1路RS ‑4232接插件用于系统调试和1路RS ‑422接插件用 于接收本地设备传感器数据； 所述UART0控制器支持2线模式， UART1控制器支持4线模式， 可 实现功能包括数据串并转换和串 行数据同步， 支持数据位和停止位的位宽可编程以及传输 速率可编程， 支持多种校验方式和中断方式， 数据最高带宽可达12.5 Mbps。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114036103 B 2基于华为昇腾AI处理 器的星载AI综合电子系统 技术领域 [0001]本发明涉及卫星综合电子系统技术领域， 具体涉及 基于华为昇腾AI处理器的星载 AI综合电子系统。 背景技术 [0002]航天技术的发展， 特别商业巨型星座的发展， 对卫星的智能化、 模块化、 快响应和 低成本提出了新的要求； 而传统卫星设计构架表现出诸多不 足： 首先， 各个分系统由于传统 继承性， 类别繁杂， 对整星功 耗、 带宽和重量等资源的争夺难以平衡； 其次， 卫星分系统和载 荷都涉及大量不同类型计算， 算力分散， 难以全局优化； 比如， 星敏感器和光学相机都涉及 大量图像处理计算， 但各自算力既不足又分散， 阻碍了各自性能的提升； 再次， 各单机功能 越来越复杂， 使得每个单机都需要构建独立的算力中心， 但 其原始信息并不共享， 缺乏信息 深度融合， 算力未能充分发挥作用； 还有， 随着性能要求的提高， 传统卫星分系统的设计构 架使得整 星成本飙升， 技 术更新换代缓慢。 [0003]可见， 基于传统卫星按各个分系统的设计构架， 制约了卫星向高算力、 智能化、 低 成本等方向的发展。 发明内容 [0004]本发明的目的在于： 针对 目前传统卫星按各个分系统的设计构架， 制约了卫星向 高算力、 智能化、 低成本等方向的发展的问题， 提供了基于华为昇腾A I处理器的星 载AI综合 电子系统， 即以华为通用智能硬件作为天基AI算力平台， 将传统卫星典型分系统 （星务、 姿 控） 和典型载荷 （光学相机） 的计算功能向A I算力平台转移， 采用异构系统硬件架构， 结合开 源软件生态， 提出了新一代卫星AI综合电子系统构架， 具有算力优化分配、 软件按需加载、 载荷即插即用、 功能快速 重构的技 术特点。 [0005]本发明的技 术方案如下： [0006]基于华为昇腾AI处理器的星载AI综合电子系统， 包括： [0007]AI算力模块： 所述AI算力模块为实现图像智能处理提供基础功能支持包； 所述AI 算力模块是基于MindSpore深度学习的通用模型； 所述AI算力模块是基于华为通用智能硬 件 （优选为华为ATLAS  500 智能硬件） ， 将传统卫星典型分系统 （星务、 姿控） 和典型载荷 （光 学相机） 的计算功能向AI算力模块转移； 采用异构系统硬件架构， 结合开源软件生态， 具有 算力优化分配、 软件按需加载、 载荷即插即用、 功能快速 重构的技 术特点； [0008]FPGA模块： 所述FPGA模块集成可灵活配置组合的可编程资源； FPGA模块可选用国 产高性能FPGA， 以JFM7系 列为例， JFM7模块集 成可灵活配置组合的可编程资源， 用于实现输 入输出接口、 通用数字逻辑、 存储器、 数字信号处理、 时钟管理等多种功能， 还提供专用时钟 和布线资源； [0009]星载模块： 所述星载模块通过高速以太网 （优选为千兆以太网） 实现与FPGA模块进 行通讯； 所述星载模块包括相机、 星敏感器和数传系统， 所述星 载模块可通过高速总线实现说　明　书 1/9 页 3 CN 114036103 B 3