[發明專利]一種星上可重構FIR濾波器的抗輻照加固方法

有效

• 申請號: 201611073257.5
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106849908B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 蘇哲;凌菲;蔡明圭;李毅松;馬文龍;周昀;梁銀;劉文山;王磊;陶曉霞
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: H03H17/06
• 分類號: H03H17/06;H03K19/003
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種星上可重構FIR濾波器的抗輻照加固方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)獲取n階FIR濾波器的比特寬度并判斷，如果當令FIR濾波器的比特寬度擴大3倍時，FIR濾波器占用的BRAM數目增加且星上FPGA無法提供空閑BRAM時，不進行FIR濾波器的抗輻照加固，如果當令FIR濾波器的比特寬度擴大3倍時，FIR濾波器占用的BRAM數目不變，或者當令FIR濾波器的比特寬度擴大3倍時，星上FPGA剩余空閑BRAM，則進行地面可重構的FIR濾波器參數的抗輻照加固；

(2)獲取星上FPGA中空閑乘法器數目、空閑Slice資源數目，獲取n階FIR濾波器使用的乘法器數目、Slice資源數目并判斷，如果星上FPGA中空閑乘法器數目大于等于FIR濾波器使用的乘法器的數目加1，且星上FPGA中空閑Slice資源數目大于等于FIR濾波器使用的Slice資源數目乘以(1+1/n)，則采用FIR濾波器實現電路抗輻照故障檢測與糾正的方法，如果星上FPGA中無空閑乘法器或者空閑Slice資源數目小于FIR濾波器使用的Slice資源數目除以n，則采用低資源消耗的FIR濾波器實現電路抗輻照故障檢測的方法，否則采用單個乘法器的FIR濾波器實現電路抗輻照故障檢測的方法；

其中，FIR濾波器實現電路抗輻照故障檢測與糾正的方法包括如下步驟：

(1)將原始數據Xi通過FIR濾波器并得到濾波結果Yi；

(2)設計與FIR濾波器完全相同的備份電路，作為故障糾正電路，將原始數據Xi通過故障糾正電路，得到濾波結果Yi’；

(3)通過L位乘法器、L位累加器和L個觸發器構造故障檢測電路，將原始數據Xi通過造故障檢測電路，得到Yi”，其中，L為FIR濾波器參數的位寬；

所述故障檢測電路構造方法包括如下步驟：

(3-1)利用L位乘法器將原始數據Xi、FIR濾波器參數依次相乘，得到多個相乘結果，其中，原始數據Xi、FIR濾波器的更新周期均為一個時鐘周期；

(3-2)利用L位累加器對步驟(3-1)得到的多個相乘結果進行累加，得到累加結果；

(3-3)利用L個觸發器記錄上一個時鐘周期步驟(3-2)得到的累加結果，并將上一個時鐘周期的累加結果送至L位累加器；

(3-4)利用L位累加器將上一個時鐘周期的累加結果與步驟(3-2)得到的本時鐘周期的累加結果進行累加；

(3-5)重復步驟(3-3)-步驟(3-4)，直至當步驟(3-4)中的累加次數達到n次時，得到濾波結果其中，X_i為第i個時鐘周期對應的原始數據，A_i為第i個時鐘周期對應的FIR濾波器參數；

(4)判斷Yi、Yi’和Yi”，如果Yi＝Yi’＝Yi”，則未出現單粒子翻轉現象，輸出Yi作為FIR濾波器的濾波結果，如果Yi＝Yi’≠Yi”，則故障檢測電路出現單粒子翻轉，輸出Yi作為FIR濾波器的的濾波結果，如果Yi≠Yi’＝Yi”，則FIR濾波器出現單粒子翻轉，輸出Yi’作為FIR濾波器的濾波結果，如果Yi＝Yi”≠Yi’，則故障糾正電路出現單粒子翻轉，輸出Yi作為FIR濾波器的濾波結果，如果Yi≠Yi’≠Yi”，則出現多處單粒子翻轉，進行完好性告警；

所述采用低資源消耗的FIR濾波器實現電路抗輻照故障檢測的方法包括如下步驟：

(1)將原始數據Xi通過FIR濾波器并得到濾波結果Yi；

(2)將原始數據Xi通過低資源消耗的故障檢測電路，得到濾波結果Yi’；

所述低資源消耗的故障檢測電路的構建的方法，包括如下步驟：

(2-1)對原始數據Xi對m進行取模運算，得到結果(X_i)_m＝3，其中，(X_i)_m＝3為0、1或2，m＝3，原始數據Xi為第i個時鐘周期對應的原始數據，A_i為第i個時鐘周期對應的FIR濾波器參數，i的初值為0；

(2-2)對FIR濾波器參數對m進行取模運算，得到結果(A_i)_m＝3，其中，(A_i)_m＝3為0、1或2，m＝3；

所述的對原始數據Xi對m＝3進行取模運算的方法包括如下步驟：

(2-2-1)將原始數據Xi中的每一位對m＝3分別進行取模運算，然后將每位的取模運算結果替換當前位，得到與原始數據Xi位數相同的取模運算數據；

(2-2-2)計算取模運算數據中奇數位為非零值的個數Num_O、偶數位為非零值的個數Num_E，并判斷；

(2-2-3)如果Num_O＝0，則原始數據Xi對m＝3進行取模運算的結果為Num_E，如果Num_E＝0，則原始數據Xi對m＝3進行取模運算的結果為Num_O，如果Num_O和Num_E均為1，則原始數據Xi對m＝3進行取模運算的結果為2，如果Num_O和Num_E均為2，則原始數據Xi對m＝3進行取模運算的結果為1，如果Num_O和Num_E一個為1、一個為2，則原始數據Xi對m＝3進行取模運算的結果為0；

(2-3)對(X_i)_m＝3、(A_i)_m＝3進行乘法取模運算，得到當(X_i)_m＝3＝0時乘法取模運算結果為0，當(X_i)_m＝3＝1時乘法取模運算結果為(A_i)_m＝3，當(X_i)_m＝3＝2時乘法取模運算結果為

其中，乘法取模運算為進行相乘后對3進行取模運算；將乘法取模運算結果記為[(X_i)_m·(A_i)_m]_m，遍歷所有的i，得到n個時鐘周期分別對應的乘法取模運算結果；

(2-4)對步驟(2-3)得到的所有乘法取模運算結果進行加法取模運算，得到其中，加法取模運算為進行相加后對3進行取模運算；

(2-5)將原始數據Xi通過FIR濾波器得到濾波結果Yi，將濾波結果Yi對m＝3進行取模運算，得到(Y_i)_m；

(2-6)比較(Y_i)_m，如果則未出現單粒子翻轉現象，輸出Yi作為濾波結果，如果則出現單粒子翻轉現象，向地面發出完好性告警，通過地面干預解決故障；

(3)判斷Yi、Yi’，如果Yi＝Yi’，則未發生單粒子翻轉現象，輸出Yi作為FIR濾波器的濾波結果，如果Yi≠Yi’，則發生單粒子翻轉現象，向地面發出完好性告警，通過地面干預解決翻轉故障；

所述的單個乘法器的FIR濾波器實現電路抗輻照故障檢測的方法包括如下步驟：

(1)將原始數據Xi通過FIR濾波器并得到濾波結果Yi；

(2)將L位乘法器、L位累加器、L個觸發器構造故障檢測電路，將原始數據Xi通過造故障檢測電路，得到Yi’；

所述的通過L位乘法器、L位累加器和L個觸發器構造故障檢測電路的方法包括如下步驟：

(2-1)利用L位乘法器將原始數據Xi、FIR濾波器參數依次相乘，得到多個相乘結果，其中，原始數據Xi、FIR濾波器的更新周期均為一個時鐘周期；

(2-2)利用L位累加器對步驟(2-1)得到的多個相乘結果進行累加，得到累加結果；

(2-3)利用L個觸發器記錄上一個時鐘周期步驟(2-2)得到的累加結果，并將上一個時鐘周期的累加結果送至L位累加器；

(2-4)利用L位累加器將上一個時鐘周期的累加結果與步驟(2-2)得到的本時鐘周期的累加結果進行累加；

(2-5)重復步驟(2-3)-步驟(2-4)，直至當步驟(2-4)中的累加次數達到n次時，得到濾波結果其中，X_i為第i個時鐘周期對應的原始數據，A_i為第i個時鐘周期對應的FIR濾波器參數；

(3)判斷Yi、Yi’，如果Yi＝Yi’，則未發生單粒子翻轉現象，輸出Yi作為濾波結果，如果Yi≠Yi’，則發生單粒子翻轉現象，向地面發出完好性告警，通過地面干預解決故障。