[發明專利]基于星載MIMO檢測的抗輻射乘法器的設計方法

有效

• 申請號: 201410329426.1
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104133655B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 王大鳴;王建輝;崔維嘉;楊旭輝;高山;王俊飛
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍信息工程大學
• 主分類號: G06F7/523
• 分類號: G06F7/523
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司41111
• 代理人: 陳勇

(一)、技術領域：本發明涉及一種乘法器的設計方法，特別是涉及一種基于星載MIMO檢測的抗輻射乘法器的設計方法。

(二)、背景技術：由于星載平臺應用場景的特殊性，傳統星載平臺設計主要有以下兩個特點，第一采用反熔絲器件，第二采用冗余設計。反熔絲器件抗輻射能力強，但硬件邏輯資源少，且功能單一，已無法滿足星載MIMO(multiple?input?multiple?output，多入多出)的需求。SRAM型FPGA具有良好的重配置性能，邏輯資源多，被廣泛的應用于星載平臺設計。但太空中充斥著各種高能粒子，易造成SRAM型FPGA配置存儲器狀態的改變，引發單粒子翻轉效應。三模冗余(TMR，Triple?Modular?Redundancy)技術是目前最為有效的抗SEU(single?event?upset，單粒子翻轉)設計，該設計可大幅提高FPGA在SEU影響下的可靠性。但是TMR設計占用的硬件資源至少是原設計的3.1倍，同時增加了功耗，降低運算速率。

(三)、發明內容：

本發明要解決的技術問題是：提供一種基于星載MIMO檢測的抗輻射乘法器的設計方法，該方法的資源占用率低、綜合性能好。

本發明的技術方案：

一種基于星載MIMO檢測的抗輻射乘法器的設計方法，具體為：

步驟1：對輸入的兩個N位寬的二進制數分別進行動態定標后形成兩個K位寬的二進制數，其中，K<N；

步驟2：將兩個K位寬的二進制數作為一個K位寬乘法器的輸入數據，同時，還將這兩個K位寬的二進制數作為另一個K位寬乘法器的輸入數據，將原來的兩個N位寬的二進制數作為一個N位寬乘法器的輸入數據；

步驟3：分別提取兩個K位寬乘法器的輸出數據的高K位形成兩個K位數據，將N位寬乘法器的輸出數據的符號位和有效數據位的高K-1位組成一個K位數據；然后，將這三個K位數據做三模冗余比較，并輸出運算結果；

步驟4：如果N位寬乘法器發生單粒子翻轉計算錯誤，則將K位寬乘法器的輸出數據的最低位后面補N位0后作為整個抗輻射乘法器的輸出數據；

如果N位乘法器沒有受到單粒子影響計算正確，則將N位寬乘法器的輸出數據作為整個抗輻射乘法器的輸出數據。

步驟1中，動態定標的方法為：先對一個N位寬的二進制數進行移位搜索，判斷數據的正負、查找最高有效數據位的位置，讀取符號位和有效數據位的高K-1位；然后，將符號位和有效數據位的高K-1位組成一個K位寬的二進制數。

首先定義：從一個N位寬的二進制數的最左邊開始數，第一個為1的位為標志位，標志位序號是指：從最左邊開始數時，數到標志位時的序號；

兩個N位寬的二進制數的標志位序號分別為m+1和q+1，動態定標分以下三種情況：

情況一：m≤N-K，并且q≤N-K時，將移位搜索到的符號位和有效數據位的高K-1位組成一個K位寬的二進制數；

情況二：m≤N-K且q>N-K且m+q≤N時，或者q≤N-K且m>N-K且m+q≤N時，即被動態定標的兩個N位寬的二進制數中有一個太小，導致該太小數據的有效數據位不夠K位；這時，需向左移該太小數據的各位，使該太小數據的有效數據位數等于K，成為一個K位寬的二進制數；

在左移的過程中，如果該太小數據為正數，低位補入的數為0，如果該太小數據為負數，則低位補入的數為1；

情況三：m>N-K，并且q>N-K時，動態定標后得到的K位寬的二進制數為0。

N位寬乘法器為主乘法器，K位寬乘法器為輔乘法器，K位寬乘法器和N位寬乘法器為MIMO檢測器系統自帶的乘法器。

N為16，K為8。

本發明的有益效果：

1、本發明通過動態定標和自適應有效位提取降低了三模冗余設計中兩模的數據位位寬，并對三模冗余比較器補償和修正來降低誤差，大大降低了資源占用率，也降低了星載MIMO檢測中乘法運算的復雜度，是一種低開銷抗的抗輻射技術。與傳統三模冗余設計相比，本發明僅有較小的誤比特性能損失，并且提升了抗SEU性能，因此基于本發明的綜合性能最好，更適用于星載平臺。此外，本發明具有一定的通用性，可運用于其他含有大量數乘的星載平臺。

2、本發明的動態定標中，除符號位以外動態提取有效數據位的高K-1位作為降精度乘法器的輸入，其數據位位寬可根據MIMO檢測系統對誤比特率的要求和星載芯片資源情況綜合選擇。

3、本發明的三模冗余比較中，可根據降低精度的實際大小，動態調整其比較范圍，由于誤差范圍只能影響到m+q+1位，因此，只需比較+1或+0的情況。