[发明专利]对单粒子翻转具备五级防护的信号处理系统和处理方法

说明书

本发明涉及一种对单粒子翻转具备五级防护的信号处理系统和信号处理方法，其中，信号处理系统包括信号处理模块、刷新模块、两级监控模块以及维护模块；信号处理模块接收信号，采用三模冗余方法对信号进行三选二多数有效选举判定，将正确结果发出；对单粒子翻转进行检测，当发生单粒子翻转时，将单粒子翻转错误发送至刷新模块；刷新模块接收到单粒子翻转错误后，从维护模块读取信号处理模块的配置文件，将配置文件刷新到信号处理模块中，对单粒子翻转错误进行纠正。本发明解决了成本高、资源有限、性能低、功耗高的问题，有成本低、资源丰富、性能优良、灵活性高的优点。

技术领域

本发明属于卫星通信设备领域，涉及卫星通信设备中一种对单粒子效应具备五级防护能力的信号处理和存储系统。

背景技术

在卫星通信设备中包含了诸多处理器、基于RAM结构的可编程逻辑器件以及FLASH存储器等集成电路模块，这些处理模块、存储模块以及接口模块有机连接在一起就构成了一个具备特定功能的信号处理系统。在空间高辐照的工作环境下，系统中的存储器、缓存和寄存器等电路模块极易被高能粒子打翻，导致正在处理的数据或存储的数据发生翻转(某个bit为由0变为1或由1变为0)。为了抑制空间高辐照所引起的单粒子效应，传统航天产品的方法是采用不易发生单粒子翻转的抗辐照器件。抗辐照器件相较于普通器件的差别主要有两个方面：一是电路设计采用抗辐照加固设计，二是工艺结构采用抗辐照工艺单元。抗辐照加固设计相对于一般设计，单个功能模块需要的电路规模更大，抗辐照工艺单元相对于一般工艺面积更大，工艺性能落后。

从上述分析中可以看出，现有的抗单粒子翻转防护技术存在明显的不足之处：

(1)成本高。抗单粒子翻转性能主要建立在器件抗辐照性能的基础上，抗辐照器件比普通器件的价格高几千倍甚至更多，极大地增加了成本，不适于商业航天的应用。

(2)资源有限。抗辐照器件的加固设计使得器件中的RAM等资源的基础模块规模变大，因此单个器件中所能承载的资源数量变少，因而导致信号处理系统所能使用的资源较少。

(3)性能低，功耗高。抗辐照工艺相对于先进的工艺水平落后较多，因而导致系统中信号传输和处理的速度降低，整个系统的功耗变高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种对单粒子翻转具备五级防护的信号处理系统和信号处理方法，解决了成本高、资源有限、性能低、功耗高的问题，有成本低、资源丰富、性能优良、灵活性高的优点。

本发明所采用的技术方案是：一种对单粒子翻转具备五级防护的信号处理系统，包括信号处理模块、刷新模块、两级监控模块以及维护模块；

信号处理模块包括可编程逻辑器件、外围ASIC接口和与刷新模块通信的接口，可编程逻辑器件通过外围ASIC接口接收信号，采用三模冗余方法对信号进行三选二多数有效选举判定，将正确结果通过外围ASIC接口发出；在三模冗余加解密过程中，对单粒子翻转进行检测，当发生单粒子翻转时，将单粒子翻转错误通过与刷新模块通信的接口发送至刷新模块；

刷新模块包括处理器、信号处理模块的专用配置接口、两级监控模块的监控接口和复位接口、与维护模块通信的接口；处理器接收到单粒子翻转错误后，通过与维护模块通信的接口从维护模块读取信号处理模块的配置文件，通过信号处理模块的专用配置接口，将配置文件刷新到信号处理模块中，对单粒子翻转错误进行纠正；刷新模块的刷新功能采用多版本冗余和时间冗余实现，将刷新功能划分为多个功能单元，并通过两级监控模块的监控接口和复位接口对两级监控模块中看门狗的复位信号进行检测，根据是否检测到复位信号控制功能单元的执行；

两级监控模块包括两个看门狗，当第一级看门狗接收到喂狗信号时，第一级看门狗不发出复位信号，当第一级看门狗在设定的时间内未接受到喂狗信号时，第一级看门狗发出复位信号；当第二级看门狗接收到喂狗信号时，第二级看门狗不发出复位信号，当第二级看门狗在设定的时间内未接受到喂狗信号时，第二级看门狗发出复位信号；