CN207149259U - 一种加固的卫星数据抗辐射存储设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种加固的卫星数据抗辐射存储设备，所述加固的卫星数据抗辐射存储设备包括：大容量存储器和卫星数据抗辐射存取电路，所述卫星数据抗辐射存取电路包括：存储器读缓存模块、存储器写缓存模块、回读刷新模块、存储器读写控制状态机、帧同步存储器、数据组帧模块和裁决模块。本实用新型的存储设备可以加固写入的星务计算机数据，可以加固读出的存储器数据，并且对存储器存储的数据也可以进行加固。本实用新型可以加固电路本身的参数。本实用新型还解决了星务计算机写大容量存储器和数据通道读存储器数据之间的速度不匹配问题，提升卫星存储数据的可靠性。

Description

一种加固的卫星数据抗辐射存储设备

技术领域

本实用新型涉及空间电子系统抗辐射加固领域，具体的，一种加固的卫星数据抗辐射存储设备。

背景技术

空间环境中有大量的高能粒子，如高能质子、高能电子、银河宇宙射线等，这些粒子是造成辐射效应的主要因素。辐射效应的影响对象主要是运行在空间环境中的卫星或其他航天器，尤其是电路系统，这些电路系统负责星上的信号接收、采集、处理、发送，是卫星实现其功能的主要单元，其可靠性和稳定性决定卫星的工作性能和寿命。

数据存储和发送是卫星的一个重要功能，能够将采集的有效数据、或者需要广播发送的数据发送到地面或者其他载荷，这些数据的可靠性要求高，而数据存储在星载的大容量存储器上，存储器又容易受到空间辐射的影响而发生单粒子翻转，致使其中存储的数据出现错误，下发或转发到后的数据由于发生翻转而不是当时真实的数据，这给地面人员的决策和数据应用造成了困扰。本实用新型正是针对固存中所存数据的真实性、提升固存数据的可靠性而提出的。

实用新型内容

本实用新型提供一种卫星存储数据抗辐射加固设计方法，该方法对卫星存储数据进行加固设计，确保数据的可靠性。

具体而言，本实用新型提供一种加固的卫星数据抗辐射存储设备，所述加固的卫星数据抗辐射存储设备包括：大容量存储器和卫星数据抗辐射存取电路，所述卫星数据抗辐射存取电路包括：存储器读缓存模块、存储器写缓存模块、回读刷新模块、存储器读写控制状态机、Noop帧存储器、数据组帧模块和裁决模块。

在一种优选实现方式中，所述存储器读缓存模块，从星务计算机接收数据并缓存，并且，在所述存储器读写控制状态机的控制下将缓存数据写入所述大容量存储器；

在另一种优选实现方式中，存储器写缓存模块在所述存储器读写控制状态机的控制下从所述大容量存储器读取数据并缓存用于输出；

所述大容量存储器包括多个存储单元，同步保存加固的卫星数据抗辐射存储设备的关键参数以及卫星数据；

所述大容量存储器包括多个存储单元，以三模冗余的方式同步保存卫星数据；并且以三模冗余的方式保存卫星数据抗辐射加固电路关键参数；。

所述回读刷新模块，持续地或间隔地每隔固定时间对加固的卫星数据抗辐射存储设备的关键参数进行回读刷新，确保电路的关键参数不受到辐射效应的影响；

所述存储器读写控制状态机，分别与所述大容量存储器、存储器读缓存模块和存储器写缓存模块相连，用于控制存储器读缓存模块和存储器写缓存模块对外部大容量存储器数据的读写；

所述裁决模块用于对从存储器写缓存模块传入的数据进行冗余裁决后在传输至所述大容量存储器，并且对从所述存储器读缓存器读取的数据进行冗余裁决后输出至所述数据组帧进行输出。

在另一种优选实现方式中，所述大容量存储器、内部读缓存器和内部写缓存器均包括至少三个独立存储单元并具有各自独立读写接口，可以同时存储三份数据。

在另一种优选实现方式中，所述回读刷新模块以固定周期通过内部或外部接口对存储数据加固电路关键参数进行回读刷新。

在另一种优选实现方式中，所述卫星数据抗辐射存取电路还包括回读刷新控制模块，所述回读刷新模块的工作过程为：每隔固定时间，通过FPGA的接口(如SelectMap接口(SelectMap不是缩写，SelectMap端口是一个8位的双向数据端口)、ICAP接口(内部配置访问端口Internal Configuration Access Port)或JTAG(Joint Test Action Group；联合测试工作组，是一种国际标准测试协议(IEEE 1149.1兼容)，主要用于芯片内部测试))从大容量存储器中回读存储数据加固电路关键参数，将大容量存储器中存储的加固电路关键参数重新写入FPGA加固电路关键参数分布式存储器，实现FPGA所实现的加固电路关键参数刷新。

在另一种优选实现方式中，所述卫星数据抗辐射存取电路还包括回读刷新控制模块，所述回读刷新模块每隔固定时间，通过所述卫星数据抗辐射存取电路的ICAP、JTAG或SelectMap接口对存储数据加固电路关键参数进行回读刷新。

在另一种优选实现方式中，卫星数据抗辐射存取电路由FPGA实现。

在另一种优选实现方式中，所述回读刷新模块从大容量存储器中回读存储数据加固电路关键参数，将大容量存储器中存储的加固电路关键参数重新写入卫星数据抗辐射存取电路。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型的抗辐射存储设备具有以下优点：

(1)可以加固写入的星务计算机数据，可以加固读出的存储器数据，并且对存储器存储的数据也可以进行加固。

(2)加固电路本身的参数也进行了冗余加固。

(3)外部大容量存储器确保解决以前采用卫星采用的存储器容量不足的问题。

(4)解决了星务计算机写大容量存储器和数据通道读存储器数据之间的速度不匹配问题。

(5)提升卫星存储数据的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中基于Flash存储器的数传数据抗辐射加固的存储设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中的存储设备的详细组成及数据流向。

具体实施方式

以下结合附图及其实施例对本实用新型进行详细说明，但并不因此将本实用新型的保护范围限制在实施例描述的范围之中。

如图1所示，本实施例中的存储设备主要由大容量的外部存储器和FPGA实现，FPGA中构建多个模块进行数据的存储管理，从星务计算机接收数据并存储至大容量的外部存储器。FPGA中构建卫星数据抗辐射存取电路。

本实施例中，大容量存储器为Flash大容量存储器，实现存储数据加固电路的器件为FPGA，而存储的数据为数传数据。星务计算机提供数传数据，发送至FPGA，FPGA再将数据冗余判决后存入Flash。当需要下发数传数据时，Flash将冗余保存的数传数据经FPGA判决组帧后发送至数传通道。抗辐射加固电路的关键参数以三模冗余形式保存在FPGA的块存储器中。

如图2所示，卫星数据抗辐射存取电路由存储器读缓存模块、存储器写缓存模块、回读刷新模块、存储器读写控制状态机、Noop帧存储器、数据组帧模块和裁决模块组成。

存储器读缓存模块用于接收星务计算机数据并缓存，将缓存数据写入外部大容量存储器。存储器写缓存模块用于从外部大容量存储器读取数据并缓存，经裁决判断后用于数据组帧。回读刷新模块用于对整个存储数据抗辐射加固电路的关键参数进行回读刷新，确保电路的关键参数不受到辐射效应的影响。大容量存储器用于三模冗余的形式保存抗辐射加固电路关键参数、三模冗余的形式保存卫星数据。存储器读写控制状态机用于控制存储器读缓存模块和存储器写缓存模块对外部大容量存储器数据的读写。

本实施例中，Flash存储器、内部读缓存器、内部写缓存器具备三个独立存储单元并具有各自独立读写接口，可以同时存储三份数据，实现数据的在空间上三模冗余。即，采用三模冗余加固方法对存储数据加固电路关键配置参数。

本实施例中，对FPGA所实现的数传数据加固电路关键配置参数做三模冗余，三模冗余的数据存储在FPGA块存储器中。

并且，本实施例中采用了插入“Noop”帧方法解决星务计算机写大容量存储器和数据通道读存储器数据之间的速度不匹配问题，获得存储数据的连续性。插入“Noop”帧指的是当数据传输过程中存在数据空白时，通过补入“Noop”帧来进行位数的匹配。

实施例中，每隔30min，通过内部ICAP口对存储数据加固电路关键参数进行回读刷新。

Flash大容量存储器由于需要读、写、擦除数据，FPGA为Flash控制设置了状态机，该状态机由“空闲”(Flash读写控制状态机处在空闲状态，等待包括复位使能、参数配置使能、数据擦除使能、数据写使能、数据读使能、状态读使能的到来)、“复位”(对外部存储器进行复位，需要向外部存储器写入复位指令)、“参数配置”(对外部存储器的参数寄存器进行设置)、“写地址”(完成数据擦地址、数据写地址、数据读地址的写入操作)、“数据读”(采样Page Read模式从Flash中读取数据，每个时钟周期读8bits数据，可以连续读1024byte)、“数据写”(采样Page Write模式向Flash写入数据,一个时钟写入8bit)、“数据擦除”(擦除Flash存储的数据,为写Flash做准备)、“状态读(读取Flash内部的工作状态)”8个控制状态构成。

如图2所示，为该系统的详细组成及数据流向。下面结合图2对本实用新型存储设备的特点和工作流程做介绍。

实施例中，该系统的数传数据存储至大容量存储器过程为：

(1)星务计算机数传数据发送至FPGA；

(2)FPGA对数传数据做三模冗余缓存；三模冗余缓存指的是通过三个存储器写缓存器对数据进行缓存。

(3)将三模冗余缓存的数传数据做判决，这里的判决指的是对三份数据进行比对，并判断是否一致，若其中一份不一致则选取两份一致的数据作为最终数据，若三份均不一致则要求数据重传；

(4)判决后的数据放入Flash大容量存储器保存三份，实现空间三模冗余。

实施例中，该系统的数传数据下发过程为：

(1)将Flash存储器中的三份数据分别送入FPGA的三个存储器读缓存器；

(2)对三个缓存器的数据进行判决；

(3)将判决后的数传数据组帧，如星务计算机写大容量存储器和数据通道读存储器数据之间的速度不匹配，利用Noop帧存储器插入“Noop”帧方法解决；

(4)组帧后的数传数据进入数传通道下发。

本实用新型的卫星存储数据抗辐射存储设备为卫星中需要存储的数传、广播等数据提供了抗辐射加固。本实用新型中的一些未能细说技术内容为本行业技术人员所熟知。本实用新型的保护范围不止于此范例，而在于本实用新型的设计思路。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。

Claims (6)

1.一种加固的卫星数据抗辐射存储设备，所述加固的卫星数据抗辐射存储设备包括：大容量存储器和卫星数据抗辐射存取电路，所述卫星数据抗辐射存取电路包括：存储器读缓存模块、存储器写缓存模块、回读刷新模块、存储器读写控制状态机、Noop帧存储器、数据组帧模块和裁决模块，

所述存储器读缓存模块，从星务计算机接收数据并缓存，并且，在所述存储器读写控制状态机的控制下将缓存数据写入所述大容量存储器；

存储器写缓存模块在所述存储器读写控制状态机的控制下从所述大容量存储器读取数据并缓存用于输出；

所述大容量存储器包括多个存储单元，以三模冗余的方式同步保存卫星数据；并且以三模冗余的方式保存卫星数据抗辐射加固电路关键参数；

所述回读刷新模块，每隔固定时间对加固的卫星数据抗辐射存储设备的关键参数进行回读刷新，确保电路的关键参数不受到辐射效应的影响；

所述存储器读写控制状态机，分别与所述大容量存储器、存储器读缓存模块和存储器写缓存模块相连，用于控制存储器读缓存模块和存储器写缓存模块对外部大容量存储器数据的读写；

所述裁决模块用于对从存储器写缓存模块传入的数据进行冗余裁决后在传输至所述大容量存储器，并且对从所述存储器读缓存器读取的数据进行冗余裁决后输出至所述数据组帧进行输出。

2.根据权利要求1所述的加固的卫星数据抗辐射存储设备，其特征在于，所述大容量存储器、内部读缓存器和内部写缓存器均包括至少三个独立存储单元并具有各自独立读写接口，可以同时存储三份数据。

3.根据权利要求1所述的加固的卫星数据抗辐射存储设备，其特征在于，所述回读刷新模块以固定周期通过内部或外部接口对存储数据加固电路关键参数进行回读刷新。

4.根据权利要求1所述的加固的卫星数据抗辐射存储设备，其特征在于，所述卫星数据抗辐射存取电路还包括回读刷新控制模块，所述回读刷新模块每隔固定时间，通过所述卫星数据抗辐射存取电路的ICAP、JTAG或SelectMap接口对存储数据加固电路关键参数进行回读刷新。

5.根据权利要求1所述的加固的卫星数据抗辐射存储设备，其特征在于，卫星数据抗辐射存取电路由FPGA实现。

6.根据权利要求4所述的加固的卫星数据抗辐射存储设备，其特征在于，所述回读刷新模块从大容量存储器中回读存储数据加固电路关键参数，将大容量存储器中存储的加固电路关键参数重新写入卫星数据抗辐射存取电路。