[發明專利]具有抗單粒子效應能力的星載處理平臺

有效

• 申請號: 200910043422.6
• 申請日: 2009-05-15
• 公開（公告）號: CN101551762A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 楊俊;王躍科;張傳勝;邢克飛;周永彬;陳建云;鐘小鵬;胡助理;明德祥;楊建偉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F11/00
• 分類號: G06F11/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所
• 代理人: 趙 洪

技術領域

本發明主要涉及到空間儀器工程領域，特指一種具有抗單粒子效應能力的星載處理平臺。

背景技術

宇宙空間中充滿了來自浩瀚宇宙的各種粒子：質子、電子、α粒子、重離子、γ射線等，這些粒子引起的輻射效應，尤其是單粒子效應影響著空間電子儀器的可靠性。

近年來，隨著超大規模集成電路(VLSI，Very?Large?Scale?Integrated?circuits)技術的發展和應用，現場可編程邏輯門陣列(FPGA，Field?Programmable?Gate?Array)和數字信號處理器(DSP，Digital?Signal?Processor)，依靠其強大的信號處理能力和優越的接口性能逐漸取代傳統單片機，成為星載高速信號處理平臺的重要組成部分，開始在航天工程中得到應用。

隨著制造工藝的提高，VLSI的工作頻率越來越高，工作電壓越來越低，這使星載信號處理平臺對單粒子效應表現出了更強的敏感性，FPGA、DSP等容易出現單粒子翻轉等故障。FPGA、DSP等VLSI依靠其復雜的邏輯關系完成各種各樣的功能，各個晶體管之間除了物理上的連接關系之外，通過后期邏輯功能設計，如FPGA的硬件功能描述或者DSP的程序設計，還在相互之間產生了基于邏輯功能的連接和時序關系。從應用角度來看，單粒子效應對FPGA和DSP的影響已經從短暫的、小面積的、單個晶體管的區域通過時序電路的邏輯功能，傳遞或耦合到更大的區域。可見，隨著VLSI晶體管工藝特征尺寸的減小和密度的增加、內核工作電壓的降低和工作頻率的大幅度提高，星載信號處理平臺受單粒子效應的影響越來越嚴重，空間電子儀器的單粒子效應故障比重將進一步增大。

目前，在星載信號處理平臺中，一方面是高性能、大規模、高等級的FPGA、DSP器件價格異常昂貴；另一方面，限于制造工藝和技術等方面的原因，普通工業級甚至是軍品級等低價格FPGA、DSP器件由于大量采用片上SRAM(Static?Random?Access?Memory)，受空間高能粒子影響發生單粒子效應的概率大大提高，嚴重影響FPGA和DSP器件在空間環境中的正常工作。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構原理簡單、操作簡便、可靠性高、穩定性好的具有抗單粒子效應能力的星載處理平臺。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案。

一種具有抗單粒子效應能力的星載處理平臺，其特征在于：它包括由高可靠監控單元、非易失性存儲器、現場可編程邏輯門陣列和一個以上的DSP，高可靠監控單元與其他各部分采用局部總線互聯，現場可編程邏輯門陣列和DSP之間采用高速總線互聯；所述高可靠監控單元用于對現場可編程邏輯門陣列和DSP內的單粒子翻轉進行檢測和修復。

作為本發明的進一步改進：

所述高可靠監控單元包括通過總線互連的檢測修復控制器、DSP監控模塊、DSP修復模塊、FPGA檢測模塊、FPGA修復模塊以及DSP監控接口、FPGA監控接口和NVRAM接口。

所述檢測修復控制器用于監測并接收DSP監控模塊和FPGA檢測模塊發出的器件修復請求指令，以及向DSP修復模塊和FPGA修復模塊發出器件修復命令。

所述FPGA檢測模塊包括FPGA配置數據讀取控制器、FPGA配置數據回讀控制器和FPGA配置數據檢測控制器，所述FPGA配置數據讀取控制器通過NVRAM接口從非易失性存儲器中讀取FPGA原始配置數據，FPGA配置數據回讀控制器通過FPGA監控接口回讀FPGA的運行配置數據，FPGA配置數據檢測控制器對原始配置數據和運行配置數據進行比對分析，當發生比對不匹配時，通過內部數據總線向檢測修復控制器發出FPGA修復請求指令。

所述FPGA修復模塊包括FPGA配置數據讀取控制器和FPGA配置數據寫入控制器，FPGA配置數據讀取控制器通過局部總線接收檢測修復控制器的FPGA修復命令、通過NVRAM接口讀取存儲在非易失性存儲器中的FPGA原始配置數據，FPGA配置數據寫入控制器通過FPGA監控接口將FPGA原始配置數據寫入FPGA中，完成對FPGA的修復。

所述DSP監控模塊包括DSP狀態信息回讀控制器和DSP狀態判別器，回讀控制器通過DSP監控接口監測并接收DSP運行狀態信息，判別器根據DSP運行狀態信息對DSP狀態進行判別，當監測到DSP“跑死”或“跑飛”時，產生DSP內核復位命令發送給DSP進行復位，或者產生DSP修復請求指令給檢測修復控制器等待修復DSP。