📚 课程目录第4章日志格式与标准化

4. 日志格式与标准化

星载计算机的错误日志与地面软件日志最大的区别在于：它必须在资源受限、通信窗口有限、且事后无法交互的环境下，让地面人员仅凭一段二进制或文本记录就能还原“谁、在什么时刻、因为什么、处于什么状态、发生了什么”。因此日志格式不是随手 printf 的产物，而是一套需要预先标准化的数据结构。本节围绕六个核心字段展开：时间戳、严重等级、模块标识、错误码、上下文快照，以及它们与 CCSDS 相关标准的对应关系。

一、六个核心字段各自解决什么问题

时间戳解决“何时发生”。星上通常存在多种时间基准：处理器上电计数（tick）、星上时间（OBT，On-Board Time）、UTC。日志中应记录 OBT 为主，并保留 tick 作为辅助，因为 OBT 可能因校时而跳变，tick 单调递增可用于排序。CCSDS 时间码（CCSDS Time Code）定义了多种编码，工程上常用的是 CUC（CCSDS Unsegmented Time Code）格式：4 字节粗时间（秒）+ 2 字节细时间（1/65536 秒），共 48 位，纪元可自定义（例如 2000-01-01 00:00:00 UTC）。

严重等级解决“多严重”。建议采用五级：DEBUG(0)、INFO(1)、WARN(2)、ERROR(3)、FATAL(4)。等级不是给人看的装饰，而是过滤与告警门限的依据：地面可只下传 ERROR 及以上，WARN 仅在特定排查时开启。

模块标识解决“谁报的”。星载软件通常按分系统划分：姿轨控（AOCS）、电源（EPS）、热控（TCS）、通信（COMM）、星务（OBDH）、载荷（PL）。模块标识建议用 16 位 ID，高 8 位表示分系统，低 8 位表示子模块，例如 0x0301 表示 AOCS 的陀螺处理子模块。

错误码解决“是什么错”。错误码应全局唯一、可分类。常见做法是 32 位：高 8 位为类别（0x01 通信、0x02 传感器、0x03 存储、0x04 电源、0x05 时序），中 8 位为模块，低 16 位为具体错误。例如 0x01030007 表示“通信类、AOCS 模块、第 7 号错误（遥测帧校验失败）”。

上下文快照解决“当时什么状态”。这是星载日志最有价值也最容易被忽略的部分。它应包含：关键寄存器、任务栈使用量、最近一次传感器读数、当前工作模式、复位原因等。快照不宜过大，通常限制在 64～256 字节，采用 TLV（Type-Length-Value）结构便于扩展。

二、CCSDS 相关标准的对应关系

CCSDS 并未直接规定“错误日志格式”，但它提供了可复用的构件。时间码使用 CCSDS 301.0-B-4；日志作为遥测数据下传时，可封装为 CCSDS 空间包（Space Packet，CCSDS 133.0-B-2），主头中的 APID 可用来区分不同分系统的日志流；若日志需要事件触发上报，可参考 CCSDS 事件报告（Event Reporting）服务。工程实践中的常见做法是：日志记录本身用自定义紧凑二进制格式，下传时再封装进 CCSDS 空间包，从而兼顾星上效率与地面标准解析。

三、一个可落地的日志记录示例

下面给出一条符合上述结构的日志记录示例（数值为教学假设，非实测）。假设某时刻 AOCS 的陀螺处理子模块检测到遥测帧校验失败，记录如下：

字段            值（十六进制）        说明
时间戳          0x0A1B2C3D 0x8000    CUC 48bit，粗时间+细时间
严重等级        0x03                  ERROR
模块标识        0x0301                AOCS / 陀螺处理
错误码          0x01030007            通信类 / AOCS / 帧校验失败
上下文快照长度  0x0040                64 字节
上下文快照      0x01 04 0x0000001F    TLV: 任务栈使用量=31
                0x02 04 0x00000003    TLV: 工作模式=3（安全模式）
                0x03 08 0x00000000... TLV: 最近陀螺读数
CRC16           0x5A3C                整条记录校验

地面解析时，先按固定偏移取出时间戳、等级、模块、错误码，再按 TLV 循环解析快照。由于 TLV 自带类型和长度，新增快照项不会破坏旧解析器，这是星载日志向前兼容的关键。

四、标准化带来的实际收益

统一格式后，地面可以做到三件事：第一，按模块和错误码自动聚类，快速定位高频故障；第二，按时间戳对齐多个分系统的日志，还原故障链；第三，将上下文快照直接导入健康监测模型，作为异常检测的特征输入。若格式不统一，这些工作都需要人工逐条阅读，在只有数分钟通信窗口的星地链路中几乎不可行。

时间戳建议同时记录 OBT 和 tick：OBT 用于与地面时间对齐，tick 用于同一上电周期内的严格排序。两者都保留，可避免校时跳变导致的日志乱序。

上下文快照不要无限制增长。建议为每个模块设定快照预算（例如 128 字节），超出时按优先级裁剪，优先保留复位原因、工作模式和最近一次关键传感器读数。

最后需要强调：日志格式一旦在轨运行，修改成本极高。应在设计阶段就确定字段宽度、字节序（建议大端）、对齐方式和 CRC 算法，并写入接口控制文档（ICD）。地面解析工具与星上记录代码应共用同一份字段定义，避免“星上写一套、地面猜一套”的常见问题。