[发明专利]一种FPGA在轨动态可重构方法

说明书

本发明公开了一种FPGA在轨动态可重构方法。通过硬件三模冗余、软件三模比对，提高星载信号处理FPGA配置的可靠性。通过地面向卫星配置FPGA发送擦除、写、读指令，实现星载配置数据存储FLASH芯片的擦除、写、读操作，从而实现星载信号处理FPGA的动态重构。星载信号处理FPGA的动态重构可以实现有效载荷功能的在轨更新或升级，减少硬件重复开发，节省人力、物力、财力。

技术领域

本发明涉及一种FPGA在轨动态可重构方法，属于空间飞行器有效载荷设计领域。

背景技术

传统星载信号处理FPGA的配置文件存储在反熔丝型PROM中，具备一次烧写特性，即星载设备在轨运行后，无法对其功能进行更新，PROM故障时，无法恢复信号处理FPGA的功能。随着在轨运行航天器数目的增多，空间环境日益复杂，对星载设备的可靠性提出了更高的要求。基于以上考虑，FPGA在轨动态可重构的需求迫在眉睫，并具有重要的国家战略意义。

为了节省硬件成本，希望通过软件的更新来实现卫星在轨功能维护、扩展或更新。通过软件升级，对既有功能进行完善，或者提高其性能、修复其故障。卫星有效载荷工作在复杂多变、环境恶劣的空间环境中，星载电子设备容易受到单粒子翻转及单粒子功能中断等空间环境的影响而使功能失效。在轨动态可重构技术可以通过重新配置信号处理FPGA实现星载电子设备功能的恢复或更新，提高了星载电子设备的可靠性。目前还没有FPGA在轨动态可重构的应用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种FPGA在轨动态可重构方法。

本发明的技术解决方案是：

一种FPGA在轨动态可重构方法，包括如下步骤：

(1)地面向星载设备发送加电指令，所述星载设备上包括信号处理FPGA、配置FPGA和三片并行FLASH芯片；

(2)功能切换时，地面向配置FPGA发送配置指令，所述配置指令指明配置静态存储区第几份配置文件，转步骤(8)；功能更新时，地面向配置FPGA发送擦除指令，指明擦除动态存储区第几份，进入步骤(3)；

(3)擦除完成后，地面向配置FPGA发送写指令；

(4)配置FPGA接收到写指令后，向地面返回一条写指令，完成握手；

(5)地面接收到握手信息后，向配置FPGA发送配置文件；

(6)配置文件写完成后，配置FPGA向地面返回写完成消息；

(7)地面接收到写完成消息后，向配置FPGA发送读指令；

(8)接收到读指令后，配置FPGA根据配置文件开始配置信号处理FPGA；

(9)配置完成后，判断信号处理FPGA是否工作正常，若工作正常，启动定时监测与SEFI检测流程；若工作异常，进入步骤(10)；

(10)判断重配置次数是否达到阈值，若达到阈值，则星载设备工作异常；若没有达到域值，则进行重配置。

每片并行FLASH芯片可以存储若干份配置文件，三个并行FLASH芯片实现硬件三模冗余的功能。

每片FLASH芯片存储区域分为两部分，一部分在卫星发射前存储配置文件，称为静态存储区，另一部分在卫星发射后，由地面上注配置文件，称为动态存储区；静态存储区和动态存储区均可存储若干份配置文件。

所述步骤(5)中，地面向配置FPGA发送配置文件后，配置FPGA将所述配置文件写入三片并行FLASH芯片。

所述配置FPGA包括工作流程控制模块、FLASH控制模块、信号处理FPGA配置模块和复位模块；