2. 星务系统体系结构与组成
星务系统（On-Board Data Handling System，OBDH）是卫星的“神经中枢”，它把分散在各分系统中的敏感器、执行机构、载荷与地面站连接成一个可管理、可调度、可追溯的整体。理解星务系统，不能只记住几个模块名称，而要看清各组成部分在数据流与控制流中的位置：谁产生数据、谁转发数据、谁做决策、谁最终驱动硬件动作。本节围绕星务计算机、总线拓扑、遥控遥测接口、任务调度模块与指令执行单元五个核心对象，梳理它们的功能划分与协作关系。
一、星务计算机：系统的运算与控制核心
星务计算机（OBC，On-Board Computer）是星务系统的物理与逻辑中心。它通常由处理器、存储器（程序存储区、数据存储区、非易失存储区）、看门狗、时钟、复位电路以及若干外围接口控制器构成。其核心职责可以概括为三类：
- 运行星务软件：承载任务调度、指令解析、遥测采集、总线管理、故障处理等常驻程序。
- 维护系统状态：保存星时、工作模式、任务表、指令队列、遥测缓存等关键数据。
- 提供对外接口：通过总线控制器、串口、遥控遥测接口与其它单机交互。
工程上常采用主备份双机结构：A机与B机互为冷备或热备，通过看门狗与心跳信号判断主机健康状态。当主机连续若干周期未喂狗或心跳异常时，备份机接管总线控制权。这一机制决定了星务计算机不仅是计算单元，也是系统可靠性的第一道防线。
二、总线拓扑：数据流动的骨架
星务系统内部各单机之间通过星载数据总线互联。常见拓扑包括总线型（如MIL-STD-1553B、CAN）、星型（通过中心交换或集线器）以及混合型。以1553B为例，总线控制器（BC）通常由星务计算机担任，远置终端（RT）挂接在总线上，各RT拥有唯一地址。星务计算机按预定的总线调度表发起命令，RT在指定时隙内响应，避免多机同时发送造成冲突。
总线拓扑决定了三件事：寻址方式（按地址还是按消息标识）、时序约束（周期调度还是事件触发）、故障隔离能力（单点故障是否影响全网）。例如CAN总线采用优先级仲裁，适合事件型短报文；1553B采用命令/响应模式，适合确定性周期通信。选择哪种拓扑，直接影响任务调度模块的设计粒度。
三、遥控遥测接口：地面与星上的双向通道
遥控（TC）与遥测（TM）接口是星务系统与地面站之间的边界。遥控接口接收地面上注的指令帧，经过帧同步、解密（如需要）、校验后，交由指令执行单元处理；遥测接口则把星上采集的工程参数、状态字、任务执行结果按遥测帧格式打包，经下行链路发回地面。
典型遥控帧包含：帧头、航天器标识、指令码、参数区、校验字。典型遥测帧包含：同步字、帧计数、数据域、校验字。星务计算机需要维护遥控指令的合法性检查（如指令码白名单、参数范围、执行条件），以及遥测的采集周期与缓存策略。遥控遥测接口不是简单的“收发口”，它承担了协议转换、安全过滤与数据缓冲三重职责。
四、任务调度模块与指令执行单元的功能划分
任务调度模块负责“什么时候做什么”，指令执行单元负责“具体怎么做”。两者分工明确但紧密耦合。
任务调度模块维护一张任务表，每个任务包含：任务标识、触发条件（周期、星时、事件）、优先级、执行入口、超时阈值。调度器按星时推进，周期任务按固定节拍触发，事件任务由中断或消息唤醒。调度策略常见有：时间片轮转、优先级抢占、静态调度表。星务系统多采用静态调度表加事件插队的方式，以保证关键任务（如姿态控制、遥控响应）的确定性。
指令执行单元接收来自调度模块或遥控接口的指令，完成参数解析、条件判断、硬件驱动与结果回填。例如一条“设置载荷工作模式”的指令，执行单元需要：校验当前模式是否允许切换、向载荷发送配置报文、等待应答、更新本地状态字、生成遥测事件。执行单元通常维护指令队列与执行日志，便于故障回溯。
五、体系结构的整体协作关系
把上述五个部分放在一起，可以看到一条清晰的数据与控制链路：地面遥控指令经遥控接口进入星务计算机，由指令执行单元解析并驱动总线；总线上的各RT返回遥测数据，经遥测接口打包下行；任务调度模块在星务计算机内部按星时和事件驱动整个循环。星务计算机是决策与存储中心，总线是传输骨架，遥控遥测接口是边界，调度模块是节拍器，执行单元是动作末端。
从图中可以读出三条关键路径。第一条是遥控路径：地面站→遥控接口→星务计算机→指令执行单元→总线→RT单机，这条路径强调指令的合法性与执行确认。第二条是遥测路径：RT单机→总线→星务计算机→遥测接口→地面站，这条路径强调采集周期、缓存深度与下行带宽匹配。第三条是内部调度路径：任务调度模块→指令执行单元→存储与状态管理，这条路径强调任务表、优先级与执行日志的一致性。
六、功能划分的工程意义
把星务系统拆成这五个部分，不是为了画一张漂亮的框图，而是为了在设计与排障时有明确的定位手段。当出现“指令不执行”时，可以按链路逐段排查：遥控接口是否收到帧、星务计算机是否通过校验、调度模块是否触发、执行单元是否投递到总线、RT是否应答。当出现“遥测不更新”时，同样可以沿反向链路定位是采集端、总线端还是打包端的问题。功能划分越清晰，故障隔离越快，这也是星务系统体系结构设计的核心价值。