[发明专利]一种星上可重构FIR滤波器的抗辐照加固方法

权利要求书

1.一种星上可重构FIR滤波器的抗辐照加固方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)获取n阶FIR滤波器的比特宽度并判断，如果当令FIR滤波器的比特宽度扩大3倍时，FIR滤波器占用的BRAM数目增加且星上FPGA无法提供空闲BRAM时，不进行FIR滤波器的抗辐照加固，如果当令FIR滤波器的比特宽度扩大3倍时，FIR滤波器占用的BRAM数目不变，或者当令FIR滤波器的比特宽度扩大3倍时，星上FPGA剩余空闲BRAM，则进行地面可重构的FIR滤波器参数的抗辐照加固；

(2)获取星上FPGA中空闲乘法器数目、空闲Slice资源数目，获取n阶FIR滤波器使用的乘法器数目、Slice资源数目并判断，如果星上FPGA中空闲乘法器数目大于等于FIR滤波器使用的乘法器的数目加1，且星上FPGA中空闲Slice资源数目大于等于FIR滤波器使用的Slice资源数目乘以(1+1/n)，则采用FIR滤波器实现电路抗辐照故障检测与纠正的方法，如果星上FPGA中无空闲乘法器或者空闲Slice资源数目小于FIR滤波器使用的Slice资源数目除以n，则采用低资源消耗的FIR滤波器实现电路抗辐照故障检测的方法，否则采用单个乘法器的FIR滤波器实现电路抗辐照故障检测的方法；

其中，FIR滤波器实现电路抗辐照故障检测与纠正的方法包括如下步骤：

(1)将原始数据Xi通过FIR滤波器并得到滤波结果Yi；

(2)设计与FIR滤波器完全相同的备份电路，作为故障纠正电路，将原始数据Xi通过故障纠正电路，得到滤波结果Yi’；

(3)通过L位乘法器、L位累加器和L个触发器构造故障检测电路，将原始数据Xi通过造故障检测电路，得到Yi”，其中，L为FIR滤波器参数的位宽；

所述故障检测电路构造方法包括如下步骤：

(3-1)利用L位乘法器将原始数据Xi、FIR滤波器参数依次相乘，得到多个相乘结果，其中，原始数据Xi、FIR滤波器的更新周期均为一个时钟周期；

(3-2)利用L位累加器对步骤(3-1)得到的多个相乘结果进行累加，得到累加结果；

(3-3)利用L个触发器记录上一个时钟周期步骤(3-2)得到的累加结果，并将上一个时钟周期的累加结果送至L位累加器；

(3-4)利用L位累加器将上一个时钟周期的累加结果与步骤(3-2)得到的本时钟周期的累加结果进行累加；

(3-5)重复步骤(3-3)-步骤(3-4)，直至当步骤(3-4)中的累加次数达到n次时，得到滤波结果其中，X_i为第i个时钟周期对应的原始数据，A_i为第i个时钟周期对应的FIR滤波器参数；

(4)判断Yi、Yi’和Yi”，如果Yi＝Yi’＝Yi”，则未出现单粒子翻转现象，输出Yi作为FIR滤波器的滤波结果，如果Yi＝Yi’≠Yi”，则故障检测电路出现单粒子翻转，输出Yi作为FIR滤波器的的滤波结果，如果Yi≠Yi’＝Yi”，则FIR滤波器出现单粒子翻转，输出Yi’作为FIR滤波器的滤波结果，如果Yi＝Yi”≠Yi’，则故障纠正电路出现单粒子翻转，输出Yi作为FIR滤波器的滤波结果，如果Yi≠Yi’≠Yi”，则出现多处单粒子翻转，进行完好性告警；

所述采用低资源消耗的FIR滤波器实现电路抗辐照故障检测的方法包括如下步骤：

(1)将原始数据Xi通过FIR滤波器并得到滤波结果Yi；

(2)将原始数据Xi通过低资源消耗的故障检测电路，得到滤波结果Yi’；

所述低资源消耗的故障检测电路的构建的方法，包括如下步骤：

(2-1)对原始数据Xi对m进行取模运算，得到结果(X_i)_m＝3，其中，(X_i)_m＝3为0、1或2，m＝3，原始数据Xi为第i个时钟周期对应的原始数据，A_i为第i个时钟周期对应的FIR滤波器参数，i的初值为0；

(2-2)对FIR滤波器参数对m进行取模运算，得到结果(A_i)_m＝3，其中，(A_i)_m＝3为0、1或2，m＝3；

所述的对原始数据Xi对m＝3进行取模运算的方法包括如下步骤：

(2-2-1)将原始数据Xi中的每一位对m＝3分别进行取模运算，然后将每位的取模运算结果替换当前位，得到与原始数据Xi位数相同的取模运算数据；

(2-2-2)计算取模运算数据中奇数位为非零值的个数Num_O、偶数位为非零值的个数Num_E，并判断；

(2-2-3)如果Num_O＝0，则原始数据Xi对m＝3进行取模运算的结果为Num_E，如果Num_E＝0，则原始数据Xi对m＝3进行取模运算的结果为Num_O，如果Num_O和Num_E均为1，则原始数据Xi对m＝3进行取模运算的结果为2，如果Num_O和Num_E均为2，则原始数据Xi对m＝3进行取模运算的结果为1，如果Num_O和Num_E一个为1、一个为2，则原始数据Xi对m＝3进行取模运算的结果为0；

(2-3)对(X_i)_m＝3、(A_i)_m＝3进行乘法取模运算，得到当(X_i)_m＝3＝0时乘法取模运算结果为0，当(X_i)_m＝3＝1时乘法取模运算结果为(A_i)_m＝3，当(X_i)_m＝3＝2时乘法取模运算结果为

其中，乘法取模运算为进行相乘后对3进行取模运算；将乘法取模运算结果记为[(X_i)_m·(A_i)_m]_m，遍历所有的i，得到n个时钟周期分别对应的乘法取模运算结果；

(2-4)对步骤(2-3)得到的所有乘法取模运算结果进行加法取模运算，得到其中，加法取模运算为进行相加后对3进行取模运算；

(2-5)将原始数据Xi通过FIR滤波器得到滤波结果Yi，将滤波结果Yi对m＝3进行取模运算，得到(Y_i)_m；

(2-6)比较(Y_i)_m，如果则未出现单粒子翻转现象，输出Yi作为滤波结果，如果则出现单粒子翻转现象，向地面发出完好性告警，通过地面干预解决故障；

(3)判断Yi、Yi’，如果Yi＝Yi’，则未发生单粒子翻转现象，输出Yi作为FIR滤波器的滤波结果，如果Yi≠Yi’，则发生单粒子翻转现象，向地面发出完好性告警，通过地面干预解决翻转故障；

所述的单个乘法器的FIR滤波器实现电路抗辐照故障检测的方法包括如下步骤：

(1)将原始数据Xi通过FIR滤波器并得到滤波结果Yi；

(2)将L位乘法器、L位累加器、L个触发器构造故障检测电路，将原始数据Xi通过造故障检测电路，得到Yi’；

所述的通过L位乘法器、L位累加器和L个触发器构造故障检测电路的方法包括如下步骤：

(2-1)利用L位乘法器将原始数据Xi、FIR滤波器参数依次相乘，得到多个相乘结果，其中，原始数据Xi、FIR滤波器的更新周期均为一个时钟周期；

(2-2)利用L位累加器对步骤(2-1)得到的多个相乘结果进行累加，得到累加结果；

(2-3)利用L个触发器记录上一个时钟周期步骤(2-2)得到的累加结果，并将上一个时钟周期的累加结果送至L位累加器；

(2-4)利用L位累加器将上一个时钟周期的累加结果与步骤(2-2)得到的本时钟周期的累加结果进行累加；

(2-5)重复步骤(2-3)-步骤(2-4)，直至当步骤(2-4)中的累加次数达到n次时，得到滤波结果其中，X_i为第i个时钟周期对应的原始数据，A_i为第i个时钟周期对应的FIR滤波器参数；

(3)判断Yi、Yi’，如果Yi＝Yi’，则未发生单粒子翻转现象，输出Yi作为滤波结果，如果Yi≠Yi’，则发生单粒子翻转现象，向地面发出完好性告警，通过地面干预解决故障。