[发明专利]具有抗单粒子效应能力的星载处理平台

说明书

技术领域

本发明主要涉及到空间仪器工程领域，特指一种具有抗单粒子效应能力的星载处理平台。

背景技术

宇宙空间中充满了来自浩瀚宇宙的各种粒子：质子、电子、α粒子、重离子、γ射线等，这些粒子引起的辐射效应，尤其是单粒子效应影响着空间电子仪器的可靠性。

近年来，随着超大规模集成电路(VLSI，Very Large Scale Integrated circuits)技术的发展和应用，现场可编程逻辑门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)和数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)，依靠其强大的信号处理能力和优越的接口性能逐渐取代传统单片机，成为星载高速信号处理平台的重要组成部分，开始在航天工程中得到应用。

随着制造工艺的提高，VLSI的工作频率越来越高，工作电压越来越低，这使星载信号处理平台对单粒子效应表现出了更强的敏感性，FPGA、DSP等容易出现单粒子翻转等故障。FPGA、DSP等VLSI依靠其复杂的逻辑关系完成各种各样的功能，各个晶体管之间除了物理上的连接关系之外，通过后期逻辑功能设计，如FPGA的硬件功能描述或者DSP的程序设计，还在相互之间产生了基于逻辑功能的连接和时序关系。从应用角度来看，单粒子效应对FPGA和DSP的影响已经从短暂的、小面积的、单个晶体管的区域通过时序电路的逻辑功能，传递或耦合到更大的区域。可见，随着VLSI晶体管工艺特征尺寸的减小和密度的增加、内核工作电压的降低和工作频率的大幅度提高，星载信号处理平台受单粒子效应的影响越来越严重，空间电子仪器的单粒子效应故障比重将进一步增大。

目前，在星载信号处理平台中，一方面是高性能、大规模、高等级的FPGA、DSP器件价格异常昂贵；另一方面，限于制造工艺和技术等方面的原因，普通工业级甚至是军品级等低价格FPGA、DSP器件由于大量采用片上SRAM(Static Random Access Memory)，受空间高能粒子影响发生单粒子效应的概率大大提高，严重影响FPGA和DSP器件在空间环境中的正常工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构原理简单、操作简便、可靠性高、稳定性好的具有抗单粒子效应能力的星载处理平台。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种具有抗单粒子效应能力的星载处理平台，其特征在于：它包括由高可靠监控单元、非易失性存储器、现场可编程逻辑门阵列和一个以上的DSP，高可靠监控单元与其他各部分采用局部总线互联，现场可编程逻辑门阵列和DSP之间采用高速总线互联；所述高可靠监控单元用于对现场可编程逻辑门阵列和DSP内的单粒子翻转进行检测和修复。

作为本发明的进一步改进：

所述高可靠监控单元包括通过总线互连的检测修复控制器、DSP监控模块、DSP修复模块、FPGA检测模块、FPGA修复模块以及DSP监控接口、FPGA监控接口和NVRAM接口。

所述检测修复控制器用于监测并接收DSP监控模块和FPGA检测模块发出的器件修复请求指令，以及向DSP修复模块和FPGA修复模块发出器件修复命令。

所述FPGA检测模块包括FPGA配置数据读取控制器、FPGA配置数据回读控制器和FPGA配置数据检测控制器，所述FPGA配置数据读取控制器通过NVRAM接口从非易失性存储器中读取FPGA原始配置数据，FPGA配置数据回读控制器通过FPGA监控接口回读FPGA的运行配置数据，FPGA配置数据检测控制器对原始配置数据和运行配置数据进行比对分析，当发生比对不匹配时，通过内部数据总线向检测修复控制器发出FPGA修复请求指令。

所述FPGA修复模块包括FPGA配置数据读取控制器和FPGA配置数据写入控制器，FPGA配置数据读取控制器通过局部总线接收检测修复控制器的FPGA修复命令、通过NVRAM接口读取存储在非易失性存储器中的FPGA原始配置数据，FPGA配置数据写入控制器通过FPGA监控接口将FPGA原始配置数据写入FPGA中，完成对FPGA的修复。

所述DSP监控模块包括DSP状态信息回读控制器和DSP状态判别器，回读控制器通过DSP监控接口监测并接收DSP运行状态信息，判别器根据DSP运行状态信息对DSP状态进行判别，当监测到DSP“跑死”或“跑飞”时，产生DSP内核复位命令发送给DSP进行复位，或者产生DSP修复请求指令给检测修复控制器等待修复DSP。