[發(fā)明專利]一種基于FPGA的軟核容錯星載計算機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210103767.8
• 申請日: 2012-04-10
• 公開（公告）號: CN102650962A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王新升;王曉慧;孔令波;李博;周開興;黨帥
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F11/16
• 分類號: G06F11/16
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于FPGA的軟核容錯星載計算機(jī)，其特征在于：它由雙冗余的基于FPGA的軟核控制模塊和仲裁管理模塊組成；兩個軟核控制模塊A、B功能完全相同，硬件設(shè)計獨(dú)立；軟核控制模塊定期將心跳信號發(fā)送給仲裁管理模塊，仲裁管理模塊按照安全的故障診斷策略判斷軟核控制模塊的工作狀態(tài)，發(fā)出控制信號，對兩個軟核控制模塊A、B進(jìn)行故障處理或切換操作；其中，該軟核控制模塊是以32位LEON3容錯軟核為控制核心，外擴(kuò)接口電路構(gòu)成；該仲裁管理模塊由硬件看門狗及邏輯控制電路構(gòu)成；為降低整機(jī)功耗，雙冗余軟核控制模塊采用雙機(jī)冷備份的工作方式設(shè)計，即只有當(dāng)班軟核控制模塊上電工作，非當(dāng)班軟核控制模塊作為備份不上電，若當(dāng)班軟核控制模塊出現(xiàn)故障，仲裁管理模塊根據(jù)檢測到的故障類型和故障嚴(yán)重程度進(jìn)行故障處理或切換備份機(jī)，自主實(shí)現(xiàn)安全的故障容錯策略；此外，仲裁管理模塊還接受地面上傳的直接指令，實(shí)現(xiàn)整個星載計算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)制性雙機(jī)切換；

該軟核控制模塊包括LEON3軟核處理器、AMBA總線單元、存儲器接口單元、串口調(diào)試單元、中斷控制單元、定時器單元、串口通訊單元和通用輸入輸出接口單元；AMBA總線單元連接LEON3軟核處理器與外設(shè)，包括AHB控制器、AHB高速總線、APB低速總線和AHB/APB轉(zhuǎn)換接口；AHB高速總線連接串口調(diào)試單元和存儲器接口單元，APB低速總線連接中斷控制單元、定時器單元、串口通訊單元和通用輸入輸出接口單元；對LEON3軟核處理器的流水線棧觸發(fā)單元進(jìn)行三模冗余即TMR設(shè)計，對寄存器單元進(jìn)行漢明碼糾一檢二容錯設(shè)計，對緩存單元進(jìn)行循環(huán)冗余校驗即CRC設(shè)計；以上設(shè)計在提高軟核處理器性能的同時，提高星載計算機(jī)抗單粒子效應(yīng)的能力，每個軟核控制模塊外擴(kuò)有CAN接口電路，通過CAN總線控制器SJA1000和CAN收發(fā)器TJA1050與外部星載設(shè)備進(jìn)行是數(shù)據(jù)通訊；

該仲裁管理模塊由硬件看門狗及控制邏輯電路構(gòu)成，軟核控制模塊A、B通過數(shù)字輸出接口分別輸出各自單機(jī)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對仲裁管理模塊看門狗的喂狗操作，控制邏輯電路根據(jù)軟核控制模塊A、B對應(yīng)的片外看門狗溢出狀況判斷并選定當(dāng)班的軟核控制模塊，通過控制磁保持繼電器給軟核控制模塊上電或斷電，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)切換，該硬件看門狗是MAX706S，該控制邏輯電路核心芯片是SN54121；

為防止星載計算機(jī)電源短路導(dǎo)致整星電源故障，在星載計算機(jī)3個模塊的電源入口處都采用MAX890芯片進(jìn)行限流保護(hù)，一旦電流超過閾值，MAX890芯片將自動關(guān)閉電源，該保護(hù)措施較好地實(shí)現(xiàn)星載計算機(jī)的電源故障檢測和故障隔離。