[發明專利]一種適用于航天領域基于FPGA的高可靠性嵌入式最小CPU核設計方法

有效

• 申請號: 201110233884.1
• 申請日: 2011-08-16
• 公開（公告）號: CN102937888A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 施未勛;徐建萍;周振宇;宋曉東
• 申請（專利權）人: 上海航天測控通信研究所
• 主分類號: G06F9/30
• 分類號: G06F9/30
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 金家山

技術領域

本發明涉及基于FPGA的嵌入式CPU核領域的軟件，尤其適用于航天FPGA的小資源、高可靠性的技術要求。

背景技術

航天領域由于其工作地點的特殊性，產品的質量和可靠性要求極高，不允許出現任何故障。在太空中，由于高能粒子的沖擊和持續輻照，對元器件的等級要求極高，FPGA由于其本身工藝設計的原因，目前能上天的FPGA可用資源有限，而用80C51核由于占用資源太多而不能應用。

目前航天領域大多數型號任務采用FPGA+單片機+片外RAM+片外PROM的體系架構，這種體系架構用到的元器件較多，應用時要考慮每個元器件的質量等級和可靠性指標，可靠性會降低。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種基于FPGA的高可靠性嵌入式最小CPU核設計方法，它能夠解決適用于航天領域FPGA的資源有限的問題，能增加航天器的可靠性。

為解決上述技術問題，本發明的一種基于FPGA的高可靠性嵌入式最小CPU核設計方法，其包括如下步驟：

步驟a：根據定義的指令，預先用仿匯編語言編寫程序，轉換為Binary格式的機器碼，并寫入PROM中；

步驟b：根據程序讀取PROM中的數據；

步驟c：將讀到的數據進行指令和目標源拆分，識別指令類型和目標源，進行數據的算數邏輯運算，并把運算結果放入指定的地方，最后根據指令進行對外數據的讀寫操作。

上述步驟a包含有如下步驟：

步驟a1：根據定義的指令，用仿匯編語言編寫程序；

步驟a2：將編譯后的執行代碼轉換為Binary格式的機器碼；

步驟a3：根據程序大小，寫入片內ROM或片外PROM中。

所述步驟b包含有如下步驟：

步驟b1：根據程序指令，確定要訪問的PROM的地址；

步驟b2：讀取PROM中地址相對應的數據。

所述步驟c包含有如下步驟：

步驟c1：將讀到的數據進行指令和目標源拆分；

步驟c2：識別指令類型和目標源操作目標源，進行數據的算數邏輯運算，并把運算結果放入指定的地方；

步驟c3：根據指令進行對外數據的讀寫操作。

本發明通過一種基于FPGA的高可靠性嵌入式最小CPU核設計方法，與現有技術相比，其有益效果是：占用極小的FPGA資源，比現有的80C51核減小10倍以上資源開銷，特別適合在航天領域中FPGA資源有限的情況下應用；工程運用效果好，可以對外進行數據的讀寫，可實現422和1553B通訊；采用仿匯編語言編寫，程序可靠性高；與現有航天的體系架構相比，減少元器件開銷，節省成本。

附圖說明

以下將結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。

圖1是本發明的最小CPU核的內部數據流圖；

圖2是本發明的指令和目標源解析圖；

圖3是本發明Binary格式數據流的定義。

具體實施方式

適用于本發明需要有下面幾個條件：

1、計算機配置和軟件條件

需配置一臺內存大于512M，硬盤存儲空間大于1G的計算機，需要安裝FPGA仿真和燒寫軟件。

2、存儲空間條件

一般航天領域的FPGA軟件為了抵抗SEU(單粒子反轉，Single?Event?Upset)效應對程序的影響，在航天器發射之前進行FPGA反熔絲固化，固化好的程序將不能進行修改。而Binary格式的機器碼一般存放在PROM(可編程只讀存儲器，Program?Read?Only?Memory)中，為了抵抗SEU效應對程序的影響，用于存放代碼的PROM在航天器發射之前進行燒結固化，固化好的程序將不能在原PROM基礎上進行修改。

因此只需要可適用于航天領域的FPGA和PROM，存儲空間條件較易滿足，本發明能適用于大多數的航天領域。

鑒于上述兩個條件航天領域一般都滿足，故本發明可以應用到大多數的航天領域中FPGA的嵌入式CPU核設計。

具體實施例如下：

本實施例采用C語言編寫一段程序(一個簡單的1553B通訊程序)，根據圖2的指令和目標源的解析用仿匯編語言將C語言程序轉換為Binary格式的機器碼，并寫入PROM中，并依據設計在FPGA軟件內部的CPU核，對注入的代碼進行指令和目標源拆分，識別指令類型和目標源，然后進行數據的讀寫操作。其方法的具體步驟如下：