CN107678913B - 一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法 - Google Patents

一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107678913B
CN107678913B CN201710822786.9A CN201710822786A CN107678913B CN 107678913 B CN107678913 B CN 107678913B CN 201710822786 A CN201710822786 A CN 201710822786A CN 107678913 B CN107678913 B CN 107678913B
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
bit stream
configuration
fpga
target fpga
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710822786.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107678913A (zh
Inventor
杨艳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Space Tube Technology Ltd Of Hunan China
Original Assignee
Space Tube Technology Ltd Of Hunan China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Space Tube Technology Ltd Of Hunan China filed Critical Space Tube Technology Ltd Of Hunan China
Priority to CN201710822786.9A priority Critical patent/CN107678913B/zh
Publication of CN107678913A publication Critical patent/CN107678913A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107678913B publication Critical patent/CN107678913B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/30—Monitoring
    • G06F11/3003—Monitoring arrangements specially adapted to the computing system or computing system component being monitored
    • G06F11/3013—Monitoring arrangements specially adapted to the computing system or computing system component being monitored where the computing system is an embedded system, i.e. a combination of hardware and software dedicated to perform a certain function in mobile devices, printers, automotive or aircraft systems
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/0703—Error or fault processing not based on redundancy, i.e. by taking additional measures to deal with the error or fault not making use of redundancy in operation, in hardware, or in data representation
    • G06F11/0751—Error or fault detection not based on redundancy
    • G06F11/0754—Error or fault detection not based on redundancy by exceeding limits
    • G06F11/0757—Error or fault detection not based on redundancy by exceeding limits by exceeding a time limit, i.e. time-out, e.g. watchdogs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Stored Programmes (AREA)

Abstract

本发明一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法，其中监控单元的关键参数加载模块将存储在外部存储器的监控配置参数加载到监控单元；所述监控配置参数放置在按照设定格式生成的存储文件中；监控单元的中央控制模块执行对目标FPGA上电后的程序加载；中央控制模块监测目标FPGA的加载完成确认信号，等待对目标FPGA程序加载成功；收到目标FPGA的加载完成确认信号，确认目标FPGA程序加载完成。本发明只需修改外部存储器中的监控配置参数就可以选择不同的工作接口对具有回读功能的任意数量的FPGA进行抗辐射加固设计，因此能够实现对多个SRAM型FPGA的多功能、可配置的加固设计。

Description

一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法
技术领域
本发明涉及空间辐射效应加固技术，尤其涉及一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法。
背景技术
随着CMOS工艺尺寸的缩小，工作在空间环境的集成电路受单粒子错误带来的失效问题影响愈来愈严重。未来数据中继卫星、宽带通讯卫星、遥感卫星、无线电侦察卫星、导航卫星、预警卫星等都需要性能强大的星载处理平台(OPP，On-board ProcessingPlatforms)以确保太空支援能力，这些星载处理平台主要由FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)、DSP、ADC、DAC等芯片为主要元器件搭建。而这些大规模集成电路器件，尤其是SRAM(Static RAM，静态随机存储器)型FPGA极易受空间SEE(singleevent effect，单粒子效应)的影响。空间单粒子效应的存在严重威胁着航天器的可靠性和工作寿命。
单粒子效应的主要包括SEU(单粒子翻转single event upset)、SET(单粒子瞬态脉冲single event transient)、SEL(单粒子锁定single event latch)等，其中SEU时最主要的表现形式。对于SRAM型FPGA，由于其采用的SRAM工艺，极易发生单粒子效应，尤其是单粒子翻转。从单粒子翻转的比例来看，配置存储器所占的比重最大，其次为LUT型的RAM、块状RAM和触发器，其他的单粒子效应如SET、SEFI所占的比例较小，配置存储器的SEU是FPGA单粒子效应故障的最主要表现形式。
SRAM型FPGA是卫星信号处理的核心器件，其进行加固设计技术的研究历来受到航天行业的重视。目前常见的加固方法有：(1)回读刷新，通过FPGA的接口(如SelectMap、JTAG)回读FPGA的位流，然后通过位流校验检查位流是否有翻转错误，如果有错误，则进行刷新消除错误；(2)定时刷新，通过定时用正确的位流刷新FPGA的配置位流来消除潜存的错误；(3)三模冗余，对一些系统关键参数进行三倍存储在读取的时候进行表决而提高参数的可靠性；(4)其他加固方法，如通过软件代码设计加固、时间三模冗余、FPGA布局布线加固等。目前的加固设计方法存在如下问题：
(1)仅针对具体位置或者参数进行加固，在系统的整体监控和加固层面设计不多；
(2)刷新回读仅通过单一的接口，存在接口不够灵活、可配置项不够多的情况
(3)系统层面的加固方法仅针对单片FPGA而不能对多片FPGA进行加固，而未来的卫星应用中由于信号处理任务的复杂性和多样性，必将有多片FPGA应用在同一卫星。
发明内容
本发明针对现有技术的问题，提出了一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法，其能够实现对多个SRAM型FPGA的多功能、可配置的加固设计。
本发明提供一种多功能可配置的抗单粒子辐射方法，其包括：
步骤S10，监控单元的关键参数加载模块将存储在外部存储器的监控配置参数加载到监控单元；所述监控配置参数放置在按照设定格式生成的存储文件中；
步骤S20，监控单元的中央控制模块执行对目标FPGA上电后的程序加载；
步骤S30，中央控制模块监测目标FPGA的加载完成确认信号，等待对目标FPGA程序加载成功；
步骤S40，收到目标FPGA的加载完成确认信号，确认目标FPGA程序加载完成。
更优选地，所述抗单粒子辐射方法还包括：
步骤S50，中央控制模块启动计时器开始计时；
步骤S60，监测计时器是否溢出，如果中央控制模块发现计时器溢出，则执行步骤S70的定时刷新流程；否则继续此步骤；
所述定时刷新流程包括如下步骤：
步骤S701，启动定时刷新模块；
步骤S702，定时刷新模块从外部存储器读取目标FPGA的配置位流，通过配置存储器接口管理模块，将第一块目标FPGA配置位流加载到第一块FPGA中；
步骤S703，通过配置存储器接口管理模块，依次将所有目标FPGA的配置位流加载到对应的目标FPGA中；
步骤S704，完成所有目标FPGA的加载后，中央控制模块继续监测下一溢出周期的计时器溢出。
更优选地，所述抗单粒子辐射方法还包括：
步骤S80，中央控制模块对目标FPGA进行喂狗信号监测；如果中央控制模块监测到看门狗溢出计数发生变化，则确定目标FPGA运行状态异常，于是执行步骤S90的回读校验刷新流程；否则继续步骤S80；
所述回读校验刷新流程包括如下步骤：
步骤S901，启动回读模块；
步骤S902，回读模块通过配置存储器接口管理模块回读FPGA配置位流；
步骤S903，将回读模块回读的FPGA配置位流与外部存储器保存的原始配置位流在校验模块中进行对比校验；
步骤S904，如对比校验过程中发现目标FPGA配置位流与外部存储器保存的原始配置位流有差别，则将比对校验的信息送入在轨辐射数据采集模块，进入辐射效应数据采集流程以采集到在轨辐射数据；同时启动条件刷新模块；
步骤S905，条件刷新模块从外部存储器中读取目标FPGA的原始配置位流程序，将位流通过配置存储器接口管理模块写入到目标FPGA中。
步骤S906，完成对目标FPGA加载后，中央控制模块监测下一次看门狗计数器变化。
更优选地，所述抗单粒子辐射方法还包括：
步骤S100，中央控制模块监测收到地面上传的重构位流，如果收到地面上传的重构位流，则执行步骤S110的在轨重构流程；否则，继续此步骤S100；
所述步骤S110的在轨重构流程，包括如下步骤：
步骤S1101，卫星接收到地面通过上注通道发送过来的重构位流；
步骤S1102，重构位流写入模块将重构位流写入到外部存储器，外部存储器将重构位流保存；
步骤S1103，卫星接收到地面上传的重构指令，然后控制中央控制模块启动在轨重构；
步骤S1104，中央控制模块通知上电/重配置模块从外部存储器读取重构位流，通过配置存储器接口管理模块将重构位流加载到目标FPGA中。
更优选地，所述设定格式为：
“第一片FPGA数据(配置指令+配置位流+同步字+回读指令+校验值)+第二片FPGA数据(配置指令+配置位流+同步字+回读指令+校验值)+……+第N片FPGA数据(配置指令+配置位流+同步字+回读指令+校验值)+监控配置参数”的格式生成外部存储器的存储文件；其中的N为自然数。
更优选地，所述监控配置参数包括：
单片FPGA的配置长度、帧长度、回读位流偏移字节(即回读位流有效位置)、回读帧数、动态重配置帧数、动态重配置指令长度、回读指令长度、位流前字节数、空帧数、同步字、单片监控储存长度、目标FPGA的数量、外部存储器类型、外部存储器初始地址、配置接口、配置参数储存位置。
本发明还提供一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统，其包括：
外部存储器、监控单元和目标FPGA；
所述外部存储器与所述监控单元相连接，负责保存监控配置参数和目标FPGA的在轨辐射数据；
所述监控单元连接外部存储器和目标FPGA；所述监控单元包括：上电/重配置模块、配置存储器接口管理模块、关键参数加载模块和中央控制模块；
所述上电/重配置模块，用于在上电启动时，读取外部存储器的目标FPGA的配置位流，通过配置存储器接口管理模块启动对目标FPGA的配置；
所述关键参数加载模块，用于在系统初次启动时，读取外部存储器的监控配置参数，将监控配置参数加载到监控单元；
所述中央控制模块负责整个监控单元的管理，包括执行对目标FPGA上电后的程序加载。
更优选地，所述监控单元还包括：定时刷新模块；用于定时通过配置存储器接口管理模块读取外部存储器保存的目标FPGA的位流程序启动对目标FPGA的定时刷新；所述中央控制模块，还用于启动计时器并监测计时器是否溢出，并在确认计时器溢出时，触发定时刷新模块启动。
更优选地，所述监控单元还包括：
看门狗、回读模块、校验模块、条件刷新模块、在轨辐射数据采集模块和辐射数据存储器；
所述看门狗，连接目标FPGA和配置存储器接口管理模块；如果FPGA运行状态异常，看门狗计数会加1；
所述回读模块：通过配置存储器接口管理模块回读目标FPGA的配置位流；将回读的配置位流送入检校模块；
所述检校模块：连接外部存储器和回读模块，将回读的目标FPGA的配置位流与外部存储器保存的原始配置位流进行校验比对，比对过程中发现发生翻转的在轨辐射信息，将在轨辐射信息发送到在轨辐射数据采集模块；并通知条件刷新模块对目标FPGA进行刷新；
所述条件刷新模块：连接校验模块和配置存储器接口管理模块，当目标FPGA位流校验发生错误时，通过配置存储器接口管理模块启动对该目标FPGA的刷新；
所述在轨辐射数据采集模块：连接校验模块和辐射数据存储器，接收校验模块发送的在轨辐射数据，并将辐射数据发送至辐射数据存储器；
所述辐射数据存储器：存储从在轨辐射数据采集模块采集过来的在轨辐射数据，通过遥测组帧下发；
所述中央控制模块，还用于对目标FPGA进行喂狗信号监测；如果监测到看门狗溢出计数发生变化，则确定目标FPGA运行状态异常，触发配置存储器接口管理模块通知回读模块启动。
更优选地，所述监控单元还包括：重构位流写入模块；负责接收地面通过上注通道发送过来的重构位流并写入外部存储器；所述外部存储器还用于保存地面通过上注通道发送的目标FPGA位流；所述中央控制模块还用于通知上电/重配置模块从外部存储器读取重构位流，通过配置存储器接口管理模块将重构位流加载到目标FPGA中。
由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：
1、由于监控单元关键参数从外部存储器获得，所以只需修改外部存储器中的监控单元关键参数就可以选择不同的工作接口对具有回读功能的任意数量的FPGA进行抗辐射加固设计，因此能够实现对多个SRAM型FPGA的多功能、可配置的加固设计。
2、本发明通过FPGA接口对FPGA配置位流进行回读、对回读数据进行校验、对FPGA配置位流进行刷新等操作，能够对SRAM型FPGA进行抗单粒子辐射防护，实现了对SRAM型FPGA进行抗单粒子辐射加固功能；因此能够提升整个系统的抗单粒子效应辐射能力，有效提高SRAM型FPGA空间应用的可靠性。
3、本发明通过接收地面上注通道发送过来的重构位流，并利用重构位流重新配置FPGA，实现了对SRAM型FPGA的程序进行在轨重构。
4、本发明通过对看门狗计数进行处理、通过回读校验分析辐射效应信息数据，可以采集SRAM型FPGA的在轨辐射响应数据，实现了对SRAM型FPGA的在轨辐射数据进行在线采集。
附图说明
图1为本发明提供的一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统的结构示意图；
图2为本发明提供的一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明更为清晰，下面结合附图对本发明进行详细地说明。
本发明提供一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统，系统支持SelectMAP、ICAP、JTAG等多种工作接口对SRAM型FPGA进行位流回读与刷新，实现目标FPGA的抗辐射加固，并且可以进行在轨重构。本发明对应的系统结构如图1所示，包括：外部存储器、监控单元和目标FPGA。
外部存储器：与监控单元相连接，负责保存监控单元的关键参数(也称作监控配置参数)、目标FPGA的抗辐射信息数据和地面通过上注通道发送的目标FPGA位流程序；该外部存储器可以是Flash存储器，也可以是PROM存储器等等
监控单元：连接外部存储器和目标FPGA，负责上电时读取外部存储器的关键参数加载到自身，负责上电时读取FPGA程序加载至目标FPGA；负责监控FPGA状态、回读FPGA位流、并从外部存储器读取目标FPGA程序来刷新受单粒子翻转影响的目标FPGA程序，实现目标FPGA的抗辐射加固；并且采集和保存在轨辐射数据。监控单元可以由Microsemi公司的A54SX32A反熔丝FPGA实现。
目标FPGA：连接监控单元，其可以是被加固的SRAM型FPGA，将其工作状态传送给监控单元看门狗模块以供监控单元监测其工作状态，目标FPGA的位流数据可以通过接口被监控单元回读。目标FPGA可以由Xilinx公司的XC5VFX1000T型号的FPGA实现，它是一款常用于卫星数字信号处理的FPGA，其配置存储器具备回读功能。
上述监控单元包括：关键参数加载模块；中央控制模块；定时刷新模块；上电/重配置模块；配置存储器接口管理模块；看门狗；回读模块；检校模块；条件刷新模块；重构位流写入模块；在轨辐射数据采集模块；辐射数据存储器。
关键参数加载模块：在初次启动时，读取监控配置参数并加载，监控配置参数保存在外部存储器中；
中央控制模块：负责整个监控单元的管理。
定时刷新模块：定时通过配置存储器接口管理模块读取外部存储器保存的目标FPGA的位流程序启动对目标FPGA的定时刷新；
上电/重配置模块：在上电启动时，读取外部存储器的目标FPGA程序，通过配置存储器接口管理模块启动对目标FPGA的配置；
配置存储器接口管理模块：负责回读刷新时的接口管理；
看门狗：连接目标FPGA和配置存储器接口管理模块，监控目标FPGA的工作状态，如发现工作状态异常，则通过配置存储器接口管理模块启动对目标FPGA进行回读，随后通过校验模块校验比对发现翻转位，并依据该翻转位对FPGA进行刷新；如果FPGA运行状态异常，看门狗计数会加1。
回读模块：通过配置存储器接口管理模块回读目标FPGA的配置位流；将回读的配置位流送入检校模块。
检校模块：连接外部存储器和回读模块，将回读的目标FPGA的配置位流与外部存储器保存的原始配置位流进行校验比对，比对过程中会发现发生翻转的bit位数和位置等信息，这些信息就是在轨辐射信息，检校过程中会将在轨辐射信息发送到在轨辐射数据采集模块；比对过程中如发现回读配置位流和外部存储器保存的原始配置位流存在不同，说明目标FPGA配置位流校验发生错误，发生了配置位翻转，则通知条件刷新模块对目标FPGA进行刷新；
条件刷新模块：连接校验模块和配置存储器接口管理模块，当目标FPGA位流校验发生错误时，条件刷新模块通过配置存储器接口管理模块启动对该目标FPGA的刷新；
重构位流写入模块：负责接收地面通过上注通道发送过来的重构位流并写入外部存储器；
在轨辐射数据采集模块：连接校验模块和辐射数据存储器，校验模块会将位流校验后包含在轨辐射信息的数据(在此文中称为在轨辐射数据)发送给在轨辐射数据采集模块，在轨辐射数据采集模块分析校验模块校验后的辐射数据，将辐射数据发送至辐射数据存储器保存；
辐射数据存储器：存储从在轨辐射数据采集模块采集过来的在轨辐射数据，通过遥测组帧下发。
上述一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统的工作流程，如图2所示，包括如下步骤：
步骤S10，系统上电，监控单元将存储在外部存储器的监控配置参数加载到监控单元。
系统(包括外部存储器、监控单元和目标FPGA)上电后，监控单元通过关键参数加载模块第一时间将外部存储器存储的监控配置参数加载到监控单元；
由于监控配置参数可以从外部存储器获得，所以只需修改外部存储器中的监控配置参数就可以对具有回读功能的任意数量的目标FPGA进行抗辐射加固设计。
这些监控配置参数可以是用户事先存储到外部存储器中的，也可以是经过多次修改过的。初始时，用户将所有目标FPGA的原始配置位流，按照设定格式将所有目标FPGA的配置位流生成存储文件，并生成外部存储器中。如下为设定格式：
基于目标FPGA的原始设计的配置位流，将所有目标FPGA的.bin按照“第一片FPGA数据(配置指令+配置位流+同步字+回读指令+校验值)+第二片FPGA数据(配置指令+配置位流+同步字+回读指令+校验值)+……+第N片FPGA数据(配置指令+配置位流+同步字+回读指令+校验值)+监控配置参数”；其中的N为自然数。
其中监控配置参数是指监控单元的配置参数，包括：单片FPGA的配置长度、帧长度、回读位流偏移字节(即回读位流有效位置)、回读帧数、动态重配置帧数、动态重配置指令长度、回读指令长度、位流前字节数、空帧数、同步字、单片监控储存长度、目标FPGA的数量、外部存储器类型、外部存储器初始地址、配置接口、配置参数储存位置。
步骤S20，监控单元的中央控制模块执行对目标FPGA上电后的程序加载。
步骤S30，中央控制模块监测目标FPGA的加载完成确认信号(如done信号)，等待对目标FPGA程序加载成功。
步骤S40，收到目标FPGA的加载完成确认信号，确认目标FPGA程序加载完成。
经过上述步骤S10至步骤S40，可以将外部存储器中存储的监控配置参数加载到目标FPGA。由于监控配置参数是存储在外部存储器中的，所以可以灵活修改。
上述步骤S40后，还可以包括：
步骤S50，中央控制模块启动计时器开始计时；
步骤S60，监测计时器是否溢出，如果中央控制模块发现计时器溢出，则执行步骤S70的定时刷新流程；否则继续此步骤。
上述步骤S70的定时刷新流程包括如下步骤：
步骤S701，启动定时刷新模块；
设定定时器溢出周期，如为30min，监控单元的中央控制模块监测到计时器溢出后，启动定时刷新模块。
步骤S702，定时刷新模块从外部存储器读取目标FPGA的配置位流，通过配置存储器接口管理模块，将第一块目标FPGA配置位流加载到第一块FPGA中；
步骤S703，通过配置存储器接口管理模块，依次将所有目标FPGA的配置位流加载到对应的目标FPGA中；
步骤S704，完成所有目标FPGA的加载后，中央控制模块继续监测下一溢出周期的计时器溢出。
通过步骤S50～步骤S70，可以实现将最新的配置位流加载到目标FPGA中。
上述步骤S40后，还可以包括：
步骤S80，中央控制模块对目标FPGA进行喂狗信号监测；如果中央控制模块监测到看门狗溢出计数发生变化，则确定目标FPGA运行状态异常，于是执行步骤S90的回读校验刷新流程；否则继续步骤S80。
上述步骤S90的回读校验刷新流程，包括如下步骤：
步骤S901，启动回读模块。
中央控制模块监测到看门狗的溢出技术发生变化后，启动回读模块；
步骤S902，回读模块通过配置存储器接口管理模块回读FPGA配置位流。
步骤S903，将回读模块回读的FPGA配置位流与外部存储器保存的原始配置位流在校验模块中进行对比校验。
步骤S904，如对比校验过程中发现目标FPGA配置位流与外部存储器保存的原始配置位流有差别，说明有bit发生翻转，将比对校验的信息送入在轨辐射数据采集模块，进入辐射效应数据采集流程；同时启动条件刷新模块；
在步骤S904中，通过校验模块将目标FPGA的配置位流进行回读校验与外部存储器中存储的目标FPGA的原始配置位流进行比对后，就可以发现翻转位处在哪一帧位流，从而推断出发生翻转的数量、位置、以及时间等在轨辐射数据；并通过在轨辐射数据采集模块可以采集这些在轨辐射数据。具体详见如下的辐射效应数据采集过程的流程，包括如下步骤：
首先，校验模块将外部存储器存储的原始配置位流和回读模块回读的配置位流的比对校验结果以及看门狗溢出计数等信息送入在轨辐射数据采集模块；
其次，轨辐射数据采集模块对看门狗溢出计数、配置寄存器翻转计数、配置寄存器刷新次数等进行采集；
接着，将采集后的辐射数据发送到辐射数据存储器保存；
然后，每隔一定时间，中央控制模块将辐射数据存储器中的在轨辐射数据通过遥测通道下发到地面。
步骤S905，条件刷新模块从外部存储器中读取目标FPGA的原始配置位流程序，将位流通过配置存储器接口管理模块写入到目标FPGA中。
步骤S906，完成对目标FPGA加载后，中央控制模块监测下一次看门狗计数器变化。
通过步骤S80～步骤S90，可以推断出发生翻转的数量、位置、以及时间等在轨辐射数据；并通过在轨辐射数据采集模块可以采集这些在轨辐射数据。
上述步骤S40后，还可以包括：
步骤S100，中央控制模块监测收到地面上传的重构位流，如果收到地面上传的重构位流，则执行步骤S110的在轨重构流程；否则，继续此步骤S100。
上述步骤S110的在轨重构流程，包括如下步骤：
步骤S1101，卫星接收到地面通过上注通道发送过来的重构位流；
步骤S1102，重构位流写入模块将重构位流写入到外部存储器，外部存储器将重构位流保存；
步骤S1103，卫星接收到地面上传的重构指令(地面将重构位流发送完成后，会再发送重构指令，指示卫星将重构位流加载到FPGA)，然后控制中央控制模块启动在轨重构；
步骤S1104，中央控制模块通知上电/重配置模块从外部存储器读取重构位流，通过配置存储器接口管理模块将重构位流加载到目标FPGA中。
通过步骤S100～步骤S110，可以根据收到的地面通过上注通道发送过来的重构位流，对目标FPGA进行在轨重构。
本发明还提供一种多功能可配置的抗单粒子辐射方法，其实施流程与实施例一中的一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统的工作流程相同，这里不再详细描述。
上述定时刷新、回读校验刷新、在轨重构三个流程没有直接的因果先后关系，所以用户可以根据需求设计，如需要进行单粒子防护时，则选择定时回读、校验、刷新或只定时刷新；如需要采集在轨辐射数据时，则选择回读校验流程，以分析辐射效应信息数据，采集SRAM型FPGA的在轨辐射响应数据；如需要根据上注通道上传过来的程序对FPGA的程序进行在轨重构，则选择在轨重构功能。因此整个系统的设计是非常灵活的。
由系统抗辐射加固的流程可以看出：由于监控单元关键参数从外部存储器获得，所以只需修改外部存储器中的监控单元关键参数就可以对具有回读功能的任意数量的FPGA进行抗辐射加固设计。
本发明通过监控、回读、校验、刷新等操作，对SRAM型FPGA进行抗单粒子辐射防护；可接收上注通道过来的程序，对SRAM型FPGA的程序进行在轨重构；可通过回读校验分析辐射效应信息数据，采集SRAM型FPGA的在轨辐射响应数据。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (9)

1.一种多功能可配置的抗单粒子辐射方法，其特征在于，所述抗单粒子辐射方法包括：
步骤S10，监控单元从外部存储器中读取所有目标FPGA的配置位流存储文件，通过监控单元的关键参数加载模块将存储在外部存储器的监控配置参数加载到监控单元；所述监控配置参数放置在按照设定格式生成的存储文件中；所述外部存储器中存储有按照设定格式生成的所有目标FPGA的配置位流存储文件，所述设定格式如下：
第一片FPGA数据+第二片FPGA数据+……+第N片FPGA数据+监控配置参数；其中的N为自然数；其中每片FPGA数据的格式为：配置指令+配置位流+同步字+回读指令+校验值；
步骤S20，监控单元的中央控制模块执行对目标FPGA上电后的程序加载；
步骤S30，中央控制模块监测目标FPGA的加载完成确认信号，等待对目标FPGA程序加载成功；
步骤S40，收到目标FPGA的加载完成确认信号，确认目标FPGA程序加载完成。
2.根据权利要求1所述的一种多功能可配置的抗单粒子辐射方法，其特征在于，所述抗单粒子辐射方法还包括：
步骤S50，中央控制模块启动计时器开始计时；
步骤S60，监测计时器是否溢出，如果中央控制模块发现计时器溢出，则执行步骤S70的定时刷新流程；否则继续此步骤；
所述定时刷新流程包括如下步骤：
步骤S701，启动定时刷新模块；
步骤S702，定时刷新模块从外部存储器读取目标FPGA的配置位流，通过配置存储器接口管理模块，将第一块目标FPGA配置位流加载到第一块FPGA中；
步骤S703，通过配置存储器接口管理模块，依次将所有目标FPGA的配置位流加载到对应的目标FPGA中；
步骤S704，完成所有目标FPGA的加载后，中央控制模块继续监测下一溢出周期的计时器溢出。
3.根据权利要求1所述的一种多功能可配置的抗单粒子辐射方法，其特征在于，所述抗单粒子辐射方法还包括：
步骤S80，中央控制模块对目标FPGA进行喂狗信号监测；如果中央控制模块监测到看门狗溢出计数发生变化，则确定目标FPGA运行状态异常，于是执行步骤S90的回读校验刷新流程；否则继续步骤S80；
所述回读校验刷新流程包括如下步骤：
步骤S901，启动回读模块；
步骤S902，回读模块通过配置存储器接口管理模块回读FPGA配置位流；
步骤S903，将回读模块回读的FPGA配置位流与外部存储器保存的原始配置位流在校验模块中进行对比校验；
步骤S904，如对比校验过程中发现目标FPGA配置位流与外部存储器保存的原始配置位流有差别，则将比对校验的信息送入在轨辐射数据采集模块，进入辐射效应数据采集流程以采集到在轨辐射数据；同时启动条件刷新模块；
步骤S905，条件刷新模块从外部存储器中读取目标FPGA的原始配置位流程序，将位流通过配置存储器接口管理模块写入到目标FPGA中；
步骤S906，完成对目标FPGA加载后，中央控制模块监测下一次看门狗计数器变化。
4.根据权利要求1所述的一种多功能可配置的抗单粒子辐射方法，其特征在于，所述抗单粒子辐射方法还包括：
步骤S100，中央控制模块监测收到地面上传的重构位流，如果收到地面上传的重构位流，则执行步骤S110的在轨重构流程；否则，继续此步骤S100；
所述步骤S110的在轨重构流程，包括如下步骤：
步骤S1101，卫星接收到地面通过上注通道发送过来的重构位流；
步骤S1102，重构位流写入模块将重构位流写入到外部存储器，外部存储器将重构位流保存；
步骤S1103，卫星接收到地面上传的重构指令，然后控制中央控制模块启动在轨重构；
步骤S1104，中央控制模块通知上电/重配置模块从外部存储器读取重构位流，通过配置存储器接口管理模块将重构位流加载到目标FPGA中。
5.根据权利要求1所述的一种多功能可配置的抗单粒子辐射方法，其特征在于，所述监控配置参数包括：
单片FPGA的配置长度、帧长度、回读位流偏移字节、回读帧数、动态重配置帧数、动态重配置指令长度、回读指令长度、位流前字节数、空帧数、同步字、单片监控储存长度、目标FPGA的数量、外部存储器类型、外部存储器初始地址、配置接口、配置参数储存位置。
6.一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统，其特征在于，所述抗单粒子辐射系统包括：
外部存储器、监控单元和目标FPGA；
所述外部存储器与所述监控单元相连接，负责保存监控配置参数和目标FPGA的在轨辐射数据；所述外部存储器中存储有按照设定格式生成的所有目标FPGA的配置存储文件，所述设定格式如下：
第一片FPGA数据+第二片FPGA数据+……+第N片FPGA数据+监控配置参数；其中的N为自然数；其中每片FPGA数据的格式为：配置指令+配置位流+同步字+回读指令+校验值；
所述监控单元连接外部存储器和目标FPGA；所述监控单元包括：上电/重配置模块、配置存储器接口管理模块、关键参数加载模块和中央控制模块；
所述上电/重配置模块，用于在上电启动时，读取外部存储器的目标FPGA的配置位流，通过配置存储器接口管理模块启动对目标FPGA的配置；
所述关键参数加载模块，用于在系统初次启动时，读取外部存储器的监控配置参数，将监控配置参数加载到监控单元；
所述中央控制模块负责整个监控单元的管理，包括执行对目标FPGA上电后的程序加载。
7.根据权利要求6所述的一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统，其特征在于，
所述监控单元还包括：定时刷新模块；用于定时读取外部存储器保存的目标FPGA的位流程序，并通过配置存储器接口管理模块启动对目标FPGA的定时刷新；
所述中央控制模块，还用于启动计时器并监测计时器是否溢出，并在确认计时器溢出时，触发定时刷新模块启动。
8.根据权利要求6所述的一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统，其特征在于，
所述监控单元还包括：看门狗、回读模块、校验模块、条件刷新模块、在轨辐射数据采集模块和辐射数据存储器；
所述看门狗，连接目标FPGA和配置存储器接口管理模块；如果FPGA运行状态异常，看门狗计数会加1；
所述回读模块：通过配置存储器接口管理模块回读目标FPGA的配置位流；将回读的配置位流送入检校模块；
所述检校模块：连接外部存储器和回读模块，将回读的目标FPGA的配置位流与外部存储器保存的原始配置位流进行校验比对，比对过程中发现发生翻转的在轨辐射信息，将在轨辐射信息发送到在轨辐射数据采集模块；并通知条件刷新模块对目标FPGA进行刷新；
所述条件刷新模块：连接校验模块和配置存储器接口管理模块，当目标FPGA位流校验发生错误时，通过配置存储器接口管理模块启动对该目标FPGA的刷新；
所述在轨辐射数据采集模块：连接校验模块和辐射数据存储器，接收校验模块发送的在轨辐射数据，并将辐射数据发送至辐射数据存储器；
所述辐射数据存储器：存储从在轨辐射数据采集模块采集过来的在轨辐射数据，通过遥测组帧下发；
所述中央控制模块，还用于对目标FPGA进行喂狗信号监测；如果监测到看门狗溢出计数发生变化，则确定目标FPGA运行状态异常，触发配置存储器接口管理模块通知回读模块启动。
9.根据权利要求6所述的一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统，其特征在于，
所述监控单元还包括：重构位流写入模块；负责接收地面通过上注通道发送过来的重构位流并写入外部存储器；
所述外部存储器还用于保存地面通过上注通道发送的目标FPGA位流；
所述中央控制模块还用于通知上电/重配置模块从外部存储器读取重构位流，通过配置存储器接口管理模块将重构位流加载到目标FPGA中。
CN201710822786.9A 2017-09-13 2017-09-13 一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法 Active CN107678913B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710822786.9A CN107678913B (zh) 2017-09-13 2017-09-13 一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710822786.9A CN107678913B (zh) 2017-09-13 2017-09-13 一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107678913A CN107678913A (zh) 2018-02-09
CN107678913B true CN107678913B (zh) 2020-11-06

Family

ID=61135528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710822786.9A Active CN107678913B (zh) 2017-09-13 2017-09-13 一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107678913B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108810156B (zh) * 2018-06-19 2021-06-29 湖南斯北图科技有限公司 基于天基数据综合采集系统的数据采集终端和方法
CN109491821B (zh) * 2018-11-06 2022-07-01 上海航天计算机技术研究所 抗单粒子翻转的加固系统及方法
CN109522259B (zh) * 2018-11-12 2021-05-28 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于空间应用的在轨刷新重注成像系统
CN109656870B (zh) * 2018-11-19 2023-07-04 北京时代民芯科技有限公司 一种sram型fpga在轨动态重构管理系统及方法
CN111680000B (zh) * 2020-05-07 2023-08-18 中国科学院微电子研究所 现场可编程逻辑门阵列的配置系统和方法
CN112073113A (zh) * 2020-08-19 2020-12-11 北京无线电测量研究所 一种星载宽带波形产生组件和方法
CN113010233A (zh) * 2021-04-15 2021-06-22 天津讯联科技有限公司 一种适用商业卫星的fpga多备份程序加载方法及装置
CN113804996B (zh) * 2021-08-19 2024-08-23 中国科学院国家空间科学中心 一种星载dsp在轨单粒子翻转效应测试系统及方法
CN113867210B (zh) * 2021-09-29 2024-04-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 多路星载嵌入式系统软件在轨重构控制方法
CN113868090A (zh) * 2021-10-09 2021-12-31 维沃移动通信有限公司 应用程序监控方法及装置
CN114860650A (zh) * 2022-04-22 2022-08-05 中国科学院国家空间科学中心 一种多片sram型fpga在轨配置管理装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1777823A1 (en) * 2005-10-20 2007-04-25 Honeywell International, Inc. An improved lock detect circuit for a phase locked loop
CN101485576A (zh) * 2008-12-30 2009-07-22 深圳市蓝韵实业有限公司 一种对设备内fpga芯片统一配置和管理的系统
CN103605835A (zh) * 2013-10-31 2014-02-26 上海卫星工程研究所 航天器系统级抗单粒子设计评估方法
CN104021051A (zh) * 2014-06-06 2014-09-03 上海航天电子通讯设备研究所 用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置
CN104317662A (zh) * 2014-09-11 2015-01-28 上海卫星工程研究所 Sram型fpga在轨单粒子翻转防护量化评估方法
CN104484214A (zh) * 2014-12-30 2015-04-01 华中科技大学 一种sram型fpga的配置、刷新与程序上注一体化系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1777823A1 (en) * 2005-10-20 2007-04-25 Honeywell International, Inc. An improved lock detect circuit for a phase locked loop
CN101485576A (zh) * 2008-12-30 2009-07-22 深圳市蓝韵实业有限公司 一种对设备内fpga芯片统一配置和管理的系统
CN103605835A (zh) * 2013-10-31 2014-02-26 上海卫星工程研究所 航天器系统级抗单粒子设计评估方法
CN104021051A (zh) * 2014-06-06 2014-09-03 上海航天电子通讯设备研究所 用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置
CN104317662A (zh) * 2014-09-11 2015-01-28 上海卫星工程研究所 Sram型fpga在轨单粒子翻转防护量化评估方法
CN104484214A (zh) * 2014-12-30 2015-04-01 华中科技大学 一种sram型fpga的配置、刷新与程序上注一体化系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN107678913A (zh) 2018-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107678913B (zh) 一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法
Heiner et al. FPGA partial reconfiguration via configuration scrubbing
US7906984B1 (en) Relocatable field programmable gate array bitstreams for fault tolerance
US7000161B1 (en) Reconfigurable programmable logic system with configuration recovery mode
CN102779079B (zh) 一种用于长期在轨工作的星载sram型fpga的配置方法及系统
Osterloh et al. Dynamic partial reconfiguration in space applications
US8099625B1 (en) Self-checking and self-correcting internal configuration port circuitry
CN103971732A (zh) 监控fpga的单粒子翻转效应并纠正重加载的方法及系统
Label et al. Single-event-effect mitigation from a system perspective
CN109491821B (zh) 抗单粒子翻转的加固系统及方法
Carmichael et al. Correcting single-event upsets in Virtex-4 FPGA configuration memory
JP6290934B2 (ja) プログラマブルデバイス、エラー保持システム、及び電子システム装置
CN111176908A (zh) 一种基于三模冗余的程序在轨加载刷新方法
Straka et al. Fault tolerant structure for sram-based fpga via partial dynamic reconfiguration
CN106021169A (zh) 一种航天计算机及其非易失存储装置的刷新和升级方法
Michel et al. Read back scrubbing for SRAM FPGAs in a data processing unit for space instruments
CN114860650A (zh) 一种多片sram型fpga在轨配置管理装置
CN109213632B (zh) 一种抗辐射加固设计的星载电子系统及加固方法
US8922242B1 (en) Single event upset mitigation
CN207440771U (zh) 一种基于外部存储器和icap口的sram型fpga抗辐射加固电路
CN113312305A (zh) 一种基于fpga的宇航电子系统在轨重构方法及系统
WO2014115289A1 (ja) プログラマブルデバイス及び電子システム装置
Zeif et al. The redundancy and fail-safe concept of the OPS-SAT payload processing platform
Nguyen et al. Reconfiguration Control Networks for FPGA-based TMR systems with modular error recovery
Osterloh et al. Enhancements of reconfigurable system-on-chip data processing units for space application

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant