[發明專利]一種多備份啟動的宇航計算機系統以及安全啟動方法

有效

• 申請號: 201711221114.9
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN108021473B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 王明賀;欒曉娜;王德波;朱其星;伍攀峰;于俊杰;高蘭志
• 申請（專利權）人: 山東航天電子技術研究所
• 主分類號: G06F11/14
• 分類號: G06F11/14
• 代理公司: 北京金碩果知識產權代理事務所(普通合伙) 11259
• 代理人: 劉珂瑋

本發明公開了一種多備份啟動的宇航計算機系統，使用本發明能夠在不降低系統可靠性的基礎上，采用可用性和易用性較強的芯片來實現宇航計算機的安全啟動。該系統具體為：中央處理器設置于宇航計算機中，配置用于控制樣本控制器進行啟動程序樣本選擇。多樣本存儲模塊采用宇航用非易失性存儲器，配置用于存儲N備份的中央處理器的啟動程序樣本。樣本控制器，將所選擇的啟動程序樣本映射到中央處理器運行的首地址空間，用于CPU運行啟動；并在中央處理器的控制下選擇中央處理器的啟動程序樣本，進行樣本維護。樣本控制器監視中央處理器的程序運行狀態。中央處理器還配置用于從運行的首地址空間讀取啟動程序樣本，運行啟動程序。

技術領域

本發明涉及宇航計算機技術領域，具體涉及一種多備份啟動的宇航計算機系統價以及安全啟動方法。

背景技術

宇航用電子計算機硬件架構通常由CPU、非易失性存儲器芯片、RAM、FPGA、上電復位和其他外設組成。圖1示出了宇航計算機的組成結構框圖。

其中非易失性存儲器通常用于存儲啟動程序和應用程序。啟動程序通常包括存儲系統初始化設置、系統基本維護和應用程序搬移。應用程序通常存儲操作系統或者用戶程序。系統的中央處理器CPU上電后，首先運行啟動程序，啟動程序中先后運行系統初始化設置、系統基本維護和應用程序搬移。程序搬移操作將應用程序搬移到內存當中，并設置指針跳轉到程序入口，執行應用程序。

系統上電后首先運行啟動程序，如果啟動程序異常，將無法執行應用程序搬移和跳轉等操作，系統最終無法運行。由于啟動程序中存有系統維護程序，當系統運行異常時，通過系統維護程序執行程序上注功能，更新操作系統或者用戶程序，以修補系統漏洞，維護系統運行。所以啟動程序的軟件和硬件上設計的可靠性，對星上嵌入式產品的可靠性運行尤為重要。

啟動程序硬件設計上用的芯片，多使用抗空間環境能力較強的PROM芯片，如UT28F256或者HS1-6664RH-Q。此類芯片雖然抗空間環境能力強、可靠性高，但長時間面臨芯片禁運、供貨周期長、價格過高等因素影響，長期以來制約宇航用嵌入式計算機研制和生產。

當前，UT28F256和HS1-6664RH-Q兩款芯片國外已經禁運，目前各個單位使用的這兩種芯片都為庫存產品，并且芯片價格居高不下。UT28F256單片芯片的價格達到了16萬，HS1-6664RH-Q單片芯片價格高達7萬元。當前國內幾個研究機構正在加緊研制UT28F256和HS1-6664RH-Q的替代品，但仍然沒有大面積應用。

上述類型的PROM芯片均為需要落焊的熔絲性質的PROM芯片，在使用過程中，均需要使用程序燒寫器，將程序固化到芯片中，程序固化完成后，程序將無法更改。如果在后期調試過程中發現程序錯誤，芯片需要從印制板解焊下來，將新燒錄程序的芯片重新焊裝到印制板上，做調試和測試。芯片解焊和焊裝過程中，需要承擔一定的焊裝風險。在焊裝操作過程中，將會導致印制板焊盤變形、破損甚至脫落等損傷。依據宇航飛行類電子產品焊裝要求，同一個焊盤焊裝次數需少于3次。

芯片重新焊裝后，帶來的后續工作時間較長，流程繁瑣，涉及到工作環節和人員較多。按照科研生產流程，PROM芯片需要專業人員將程序燒錄到芯片中。程序燒錄完成并確認程序正確后，需要專人對芯片引腳成型并應力釋放24小時。產品如果已經三防固封處理，焊裝人員在解焊前需要對芯片去三防固封等操作。芯片焊裝完成后，需要對焊裝芯片做三防固封處理。后續還要產品重新組裝、合蓋、環境試驗(包含振動試驗、熱真空和熱循環試驗等試驗項目)等一系列工作。單臺產品全流程完成花費的時間成本至少為15天。

若采用普通的星上使用的EEPROM或者FLASH芯片直接替代上述需要落焊的熔絲性質的PROM芯片，則無法滿足宇航計算機的安全啟動方面對可靠性，如何在不降低系統可靠性的基礎上，采用可用性和易用性較強的芯片來實現宇航計算機的安全啟動是目前亟待解決的問題。

發明內容