[发明专利]一种微小卫星星载计算机及其可重构实现方法

权利要求书

1.一种微小卫星星载计算机的可重构实现方法，其特征在于：提供一种微小卫星星载计算机，包括可编程SOC单元、FLash型FPGA、配置存储器的NOR Flash组、电源电路模块、DDR3的SDRAM和接口模块组，所述NOR Flash组与所述FLash型FPGA输入输出双向连接，所述电源电路模块分别与所述FLash型FPGA、可编程SOC单元连接，为所述FLash型FPGA、可编程SOC单元供电，所述FLash型FPGA与所述可编程SOC单元输入输出双向连接，所述可编程SOC单元分别与所述DDR3的SDRAM、接口模块组输入输出双向连接，所述可编程SOC单元采用硬核ARM处理器+SRAM型FPGA架构，由Flash型FPGA引导加载NorFlash组中的配置文件，与所述可编程SOC单元的硬核ARM处理器进行通讯，实现对所述可编程SOC单元的SRAM型FPGA整个程序空间的动态加载；

采用所述的微小卫星星载计算机进行以下步骤：

1）上电初始化，此时Flash型FPGA与配置存储器的NorFlash组上电启动与初始化；

2）可编程SOC单元上电启动：

若为正确电路状态，则发出控制信号至Flash型FPGA，进入下一步状态；

若检测到异常单粒子闩锁，则断开供电，等待一段时间再启动SOC单元；

3） 可编程SOC配置文件加载：

通过Flash型FPGA实现对配置文件加载，加载成功后可编程SOC单元自检，若正常则运行基本任务，若片外存储自检失败，则进入最小任务模式，不使用片外存储；

同时Flash型FPGA在加载过程中对配置文件进行比对与校验，当发现无法正常加载时，将记录错误文件的分区信息，并调整三个Flash的分区编号，直到能正确加载可编程SOC单元，同时将判断出错误分区及芯片编号，保存在其内部寄存器中，在下次重新加载时将根据该信息选择正确的分区；在收到可编程SOC单元加载成功标志后，将启动看门狗程序，对可编程SOC单元进行安全监控；

4） 任务功能实现：

可编程SOC单元加载默认配置文件成功后，运行当前默认任务，并向Flash型FPGA发送加载成功标志，同时启动看门狗安全保护策略；

5） 在线重构实现：

可编程SOC单元动态接收任务切换信号后，驱动读取NorFlash组不同分区中的不同任务配置文件，并按步骤3）进行正常加载；

6）单粒子检测刷新：

在运行任务时，定时对SOC单元中的SRAM型FPGA进行单粒子翻转校验，对功能区进行定时刷新；

在步骤2）中，为纠正受到空间单粒子的闩锁问题，设计单粒子闩锁防护，实现SOC单元供电过程中单粒子闩锁故障的排除，具体实现方式：通过将电流监测值与安全值比较，若发生单粒子闩锁则电流会激增，则其中过流模块会关断供电电路，一段时间后再开启重上电，从而保护芯片不受损伤；

在步骤6）中，为纠正非宇航级SRAM工艺FPGA因为空间单粒子效应造成的数据出错，采用定期回读校验和配置刷新的方式进行单粒子翻转bit纠正，使用EDAC编码和校验，实现对缓存数据的防护设计，保证数据在空间单粒子下的正确性。

2.根据权利要求1所述的微小卫星星载计算机的可重构实现方法，其特征在于：所述接口模块组包括CAN接口模块，RS422接口模块、PC104接口模块、AD/DA接口模块。

3.根据权利要求1所述的微小卫星星载计算机的可重构实现方法，其特征在于：所述NOR Flash组为启动与配置存储器，使用三组NOR Flash组在物理上进行三模冗余，设计安全保护策略，保证配置文件的安全。

4.根据权利要求3所述的微小卫星星载计算机的可重构实现方法，其特征在于：采用Flash型FPGA提供故障容错加固支持，在其上构建三模配置存储控制系统，对加载到可编程SOC单元的配置文件进行三模防护。

5.根据权利要求4所述的微小卫星星载计算机的可重构实现方法，其特征在于：在FLash型FPGA上设计三模控制器，对外部硬件三备份的NorFlash组进行配置文件读写控制，当Flash型FPGA接收到启动信号后，从三个配置Flash相同地址中读取配置文件，经过三模接收控制单元后进行表决，将正确配置项输出，并记录错误信息返回。