JP2002182765A - 電子計算機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射線に対する高い信頼性と、アップロード
機能及び軌道上再プログラム機能によるシステムの柔軟
性を合せ持ち、かつ柔軟性を得るために低下する搭載プ
ログラムのセキュリティを最小限にする宇宙空間航行体
に搭載される電子計算機を得ることを目的とする。 【解決手段】 外部の指令として与えられる暗号化され
た搭載プログラムデータやパッチプログラムデータをRA
Mに書き込むプログラム書き込みプログラムと、暗号化
されたプログラムデータを解読する解読プログラムと、
ROM上のプログラムよりRAM上の解読されたプログラムに
その実行を移す実行分岐判断プログラムを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、放射線被爆環境
下において、かつ保守を容易に行うことのできない、例
えば宇宙空間航行体に搭載される電子計算機に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の宇宙空間航行体に搭載される電子
計算機は大別して２つのタイプに分類される。図４は従
来の電子計算機の第１のタイプである読み書き可能メモ
リ主体の電子計算機の典型的構成を示す図であり、図に
おいては１は中央処理装置（以降、CPUと略）、２は読
み出し専用メモリ（以降、ROMと略）、３は読み書き可
能メモリ（以降、RAMと略）、４はデータバス、アドレ
スバス、及び制御バスから成るバス、５はRAM３及び一
部ROM２に収納された搭載プログラム、６はRAM３上のワ
ークエリア（スタックエリアを含む）ある。

【０００３】なお、図には示していないが、これ以外に
I/Oインタフェース、電源、クロック、DMAコントロー
ラ、割り込み処理回路、セーフティ回路等が付加される
場合が多いが、ここでは本発明に直接関係しないので省
略する。

【０００４】図５は従来の宇宙空間航行体に搭載される
電子計算機の第２のタイプである読み出し専用メモリ主
体の電子計算機の典型的構成を示す図であり、図におい
て１はCPU、２はROM、３はRAM、４はバス、５はROM２に
収納された搭載プログラム、６はRAM３上のワークエリ
ア（スタックエリアを含む）、７はRAM３上のスペース
エリアである。

【０００５】次にこれらの宇宙空間航行体に搭載される
電子計算機の動作を説明する。ROM２又はRAM３に収納さ
れた搭載プログラム５はCPU１によりバス４を介して逐
次読み出され、解読、処理されて電子計算機に要求され
ている入出力データ処理、制御計算、故障検知等の諸機
能を果たす。このとき可変パラメータや一時データの収
納場所、スタック退避場所RAM３上のワークエリア６がC
PU1の制御の下で適宜使用される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の宇宙空間航行体
に搭載される電子計算機の第１のタイプであるRAM主体
の電子計算機は地上局からのコマンドによってRAM３上
の搭載プログラム５をロードする、いわゆるアップロー
ドを行ってから搭載プログラム５を実行していた。ま
た、地上局からのコマンドによってRAM３上に収納され
た搭載プログラム５を軌道上において書き換えたり、ス
ペアエリア７を使って搭載プログラム５にパッチを当て
たりする、いわゆる軌道上再プログラムが可能であっ
た。

【０００７】したがって、軌道上で不具合で搭載プログ
ラムを変更する場合にも、柔軟に対応することが可能で
あった。その反面、搭載プログラムやパッチプログラム
のセキュリティが低く、ミッションの妨害を目的とした
例えば擬似地上局から偽の搭載プログラムやパッチプロ
グラムの送信に対する防御が不可能だった。

【０００８】また、現在宇宙用のRAMとして使用されて
いる半導体素子の多くが放射線に対する防備が弱く、軌
道上においてビットステータスが反転する、いわゆるシ
ングルイベントアップセットをしばしば発生するという
大きな問題点を有していた。

【０００９】そのため放射線のシールド対策が必要にな
るが、完全な防止は不可能であるため、このタイプの電
子計算機の多くはクリティカルなプログラムやパラメー
タをより放射線に対して防備が高いROM２に収納し、エ
ラー発生時には一時的にROM２上のプログラム５を使用
して安全な制御モードに移行した上、RAM３にプログラ
ムを再ロードする等の処置が施されていた。

【００１０】しかし、この間、ミッションを中断するこ
とが避けられなかった。また、RAMにプログラムを保持
しておくためにはRAMへ電力供給を常に行う必要があ
り、電力供給の中断等の障害時には障害回復後に上記同
様の処置が必要であり、ミッションを中断することが避
けられなかった。

【００１１】一方、従来の宇宙空間航行体に搭載される
電子計算機の第２のタイプであるROM主体の電子計算機
は、搭載プログラム５がROM２にすべて書き込まれている
ため、外部からの妨害により書きかえられる可能性はな
く、搭載プログラム５のセキュリティは高いのが特徴で
ある。また、ROM２のビット反転に必要なエネルギーレ
ベルがRAMに比べて遥かに高いため放射線によるシング
ルイベントアップセットは問題にならず、この点で信頼
性が高いのが特徴である。

【００１２】しかし、搭載プログラム５がすべてROM２
に書き込まれているため軌道上再プログラムは一般に不
可能であり、軌道上での予期しない不具合の発生による
プログラムの変更及び追加に対して柔軟に対応できない
という問題点があった。また地上においても実機試験に
おける試験の効率化のためのプログラム変更及び追加に
対して柔軟に対応できないという問題があった。

【００１３】この発明は従来の宇宙空間航行体に搭載さ
れる電子計算機における上記の問題点を解決するために
なされたもので、従来のROM主体の電子計算機が有する
放射線に対する高い信頼性と、RAM主体の電子計算機が
有するアップロード機能及び軌道上再プログラム機能に
よるシステムの柔軟性を合せ持ち、なおかつシステムの
柔軟性を得るために低下する搭載プログラムのセキュリ
ティを、地上から送信する搭載プログラムを暗号化する
ことにより、最小限に押さえることのできる電子計算機
を得ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明による電子計
算機は、外部コマンドで与えられる暗号化された搭載プ
ログラムデータやパッチプログラムデータをRAMに書き
込むプログラム書き込みプログラムと、外部の指令によ
りRAMに書き込まれた暗号化されたプログラムデータを
解読する解読プログラムと、外部の指令によりROM上の
プログラムよりRAM上の解読されたプログラムにその実
行を移す実行分岐判断プログラムをROM上に置き、また
上記プログラム書き込みプログラムが暗号化されたプロ
グラム書き込むための暗号化プログラムエリア、及び上
記解読プログラムが解読したプログラムを書き込むため
の搭載プログラムエリアをRAM上に備えたものである。

【００１５】第２の発明による電子計算機は、読み出し
専用メモリには、読み書き可能メモリに暗号化されたパ
ッチプログラムを書き込むプログラムを書き込むことの
できる第１のエリアと、上記読み書き可能メモリに暗号
化されたパッチプログラムを解読するプログラムを書き
込むことのできる第２のエリアと、上記読み書き可能メ
モリに解読されたパッチプログラムに実行を分岐するプ
ログラムを書き込むことのできる第３のエリアを有し、
一方、上記読み書き可能メモリには、上記暗号化された
パッチプログラムを書き込むための第１のエリアと解読
されたパッチプログラムを書き込むための第２のエリア
を有するものである。

【００１６】第３の発明による電子計算機は、外部コマ
ンドで与えられる暗号化された搭載プログラムデータや
パッチプログラムデータをRAMに書き込むプログラム書
き込みプログラムと、外部の指令によりROM上のプログ
ラムよりRAM上の解読されたプログラムにその実行を移
す実行分岐判断プログラムをROM上に置き、また外部の
指令によりRAMに書き込まれた暗号化されたプログラム
データを解読する解読プログラムをワイヤードロジック
で作成されたCPUの命令セットのひとつとして備え、ま
た上記プログラム書き込みプログラムが暗号化されたプ
ログラム書き込むための暗号化プログラムエリア、及び
上記解読プログラムが解読したプログラムを書き込むた
めの搭載プログラムエリアをRAM上に備えたものであ
る。

【００１７】第４の発明による電子計算機は、中央処理
装置には、上記読み書き可能メモリに暗号化されたパッ
チプログラムを解読するプログラムをワイヤードロジッ
クで構成された命令として有するものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示す宇宙空間航行体に搭載される電子計
算機の構成図であり、ROM２に収納された搭載プログラ
ム５はバス４を介して順次読み出され、CPU１で解読、
処理される。RAM３のワークエリア６は、可変パラメー
タや中間データの収納場所、スタックエリア等としてCP
U１の制御下で使用される。またスペースエリア７は外
部コマンドで与えられた暗号化されたプログラムデータ
１２及び解読され実行可能となったアップロードプログ
ラム１５（図３参照）の収納にCPU１の制御下で使用さ
れる。搭載プログラム５は通常の実行では、プログラム
書き込みプログラム８、解読プログラム９、及び実行分
岐判断プログラム１０の実行は行わず、アプリケーショ
ンプログラム１１の実行のみを行う。

【００１９】地上局のアップロード要求コマンド等によ
り、プログラム書き込みプログラム８が実行され、地上
局のコマンド等により送られてきた暗号化された搭載プ
ログラムやパッチプログラムをRAM３のスペースエリア
７に書き込む。次に地上局の解読要求コマンド等によ
り、解読プログラム９が実行され、RAM３のスペースエ
リア７に書き込まれた暗号化された搭載プログラムやパ
ッチプログラムを解読し、実行可能なアップロードプロ
グラム１５として、同じくRAM３のスペースエリア７に
書き込む。

【００２０】次に地上局のアップロードプログラム実行
コマンド等により、実行分岐プログラム１０が実行され
る。RAM３にスペースエリアに解読されたアップロード
プログラム１５が実行される。

【００２１】図３はこの発明の実施の形態１を示す宇宙
空間航行体に搭載される電子計算機の処理の流れ図であ
り、搭載プログラム５は、開始２０後、プログラム書き
込み要求の有り無しを判断（ステップ２１）し、地上局
のプログラム書き込み要求コマンド等がある場合のみ、
プログラム書き込みプログラム８が実行され、プログラ
ム書き込みプログラム８により、RAM３のスペースエリ
ア７に、アップロードする搭載プログラムやそのパッチ
プログラムを地上局で暗号化し、それを地上局のコマン
ド等にとして送られてきた暗号化されたプログラムデー
タ１２がロード（ステップ３１）され、ワークエリア６
にアップロードプログラム１５の最終的な実行の可否を
決定するブレークポイントフラグ１３が書き込まれ（ス
テップ３２）、またアップロードプログラム１５への飛
び先アドレス１４が書き込まれる（ステップ３３）。

【００２２】次に解読要求の有り無しを判断（ステップ
２２）し、地上局の解読要求コマンド等がある場合の
み、解読プログラム９が実行され、解読プログラム９に
より、RAM３のスペースエリア７の暗号化されたプログ
ラムデータ１２が解読され、RAM３のワークエリア６に
書き込まれた飛び先アドレス１４を先頭として、RAM３
のスペースエリア７に実行可能なアップロードプログラ
ム１５として展開される（ステップ３４）。

【００２３】次にアップロードプログラム実行要求の有
り無しを判断（ステップ２３）し、地上局のアップロー
ドプログラム実行要求コマンド等がない場合は、アップ
ロードプログラム１５を実行するまでにも実行が必要な
例えば計算機の実行状況をテレメトリデータとして地上
局へ送信する等のROM２上のアプリケーションプログラ
ム１１を実行して、終了する（ステップ２４）。

【００２４】ステップ２３でアップロードプログラム実
行要求コマンド等がある場合は、実行分岐判断プログラ
ム１０が実行され、実行の最終判断を決定するブレーク
ポイントフラグ１３が実行を示す値で有るときのみ、プ
ログラムカウンタの値をアップロードプログラム１５の
先頭アドレスである飛び先アドレス１４に変更すること
によりアップロードプログラム１５に実行を移す（ステ
ップ２５）。

【００２５】例えば航法誘導制御を実行する等の新規機
能を実現するアップロードプログラム１５、もしくはRO
M上のアプリケーションプログラム１１の不具合を修正
したロジックを実行する等のパッチプログラムとしての
アップロードプログラム１５を実行後、アップロードプ
ラグラムの最後に書かれたブランチ命令もしくはリター
ン命令により、ROM２上の搭載プログラム５に実行を戻
して、終了する（ステップ２４）。

【００２６】この発明によれば、ROMに搭載プログラム
を収納することによりシングルイベントエラー及び電力
供給の中断に対する高い信頼性を得ることができ、ま
た、実行分岐プログラムによりROMの搭載プログラムか
らRAMのアップロードプログラムに実行の流れを変える
ことができ、また解読プログラムにより、地上局から送
信されるアップロードプログラムは暗号化形態で送信で
き、解読により目的のアップロードプログラムを構築す
ることができる。よってセキュリティの最低限の低下を
伴うのみでRAMでのプログラム実行が可能となり、ミッ
ション要求の変更によるプログラムの変更等のシステム
に対する高い柔軟性を得ることができるといる効果があ
る。

【００２７】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示す宇宙空間航行体に搭載される電子計算機の構
成図であり、ROM２に収納された搭載プログラム５はバ
ス４を介して順次読み出されCPU１で解読、処理され
る。RAM３のワークエリア６は、可変パラメータや中間
データの収納場所、スタックエリア等としてCPU１の制
御下で使用される。またスペースエリア７は外部コマン
ドで与えられた暗号化されたプログラムデータ１２及び
解読され実行可能となったアップロードプログラム１５
の収納にCPU１の制御下で使用される。搭載プログラム
５は通常の実行では、プログラム書き込みプログラム
８、解読プログラム９、及び実行分岐判断プログラム１
０の実行は行わず、アプリケーションプログラム１１の
実行のみを行う。

【００２８】地上局のアップロード要求コマンド等によ
り、プログラム書き込みプログラム８が実行され、地上
局のコマンド等により送られてきた暗号化された搭載プ
ログラムやパッチプログラムをRAM３のスペースエリア
７に書き込む。解読プログラムは、暗号化されたプログ
ラムデータ１２のすべてを解読するためその負荷は大き
なものとなる。ここでその負荷の軽減を目的として、通
常ソフトウェアのプログラムでは複数命令で構成される
解読プログラムをCPU１の１命令としてハードウェアと
してロジック化するいわゆるワイヤードロジックにより
構成する。

【００２９】次に地上局の解読要求コマンド等により、
ワイヤードロジック化された解読プログラム９が実行さ
れ、RAM３のスペースエリア７に書き込まれた暗号化さ
れた搭載プログラムやパッチプログラムを解読し、実行
可能なアップロードプログラム１５として、同じくRAM
３のスペースエリア７に書き込む。

【００３０】次に地上局のアップロードプログラム実行
コマンド等により、実行分岐プログラム１０が実行され
る。RAM３にスペースエリアに解読されたアップロード
プログラム１５が実行される。

【００３１】この発明によれば、解読プログラムは暗号
化されたプログラムデータのすべてを解読することか
ら、その１回の実行サイクルの負荷は大きなものとな
る。よってその代わりにワイヤードロジックで構成され
た解読命令をそのCPUの命令セット中に持ち、搭載プロ
グラムでその命令を使用することにより解読を行えば、
その実行時の処理性能の向上という効果がある。

【００３２】

【発明の効果】この発明によれば、従来のROM主体の電
子計算機が有する放射線に対する高い信頼性と、RAM主
体の電子計算機が有するアップロード機能及び軌道上再
プログラム機能によるシステムの柔軟性を合せ持ち、な
おかつシステムの柔軟性を得るために低下する搭載プロ
グラムのセキュリティを、地上から送信する搭載プログ
ラムを暗号化することにより、最小限に押さえることの
できる電子計算機を実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による電子計算機の実施の形態１を
示す構成図である。

【図２】 この発明による電子計算機の実施の形態２を
示す構成図である。

【図３】 この発明による電子計算機の詳細な動作を表
す処理の流れ図である。

【図４】 従来のRAM主体の電子計算機を示す構成図で
ある。

【図５】 従来のROM主体の電子計算機を示す構成図で
ある

【符号の説明】

１ CPU、２ ROM、３ RAM、４ バス、５ 搭載プロ
グラム、６ ワークエリア、７ スペースエリア、８
プログラム書き込みプログラム、９ 解読プログラム、
１０ 実行分岐判断プログラム、１１ アプリケーショ
ンプログラム。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データ処理の制御をする中央処理装置
   と、データを予め書き込みそれを保存する読み出し専用
   メモリと、データを一時的に書き込みそれを保存する読
   み書き可能メモリとを備えた電子計算機において、暗号
   化された搭載プログラムデータやパッチプログラムデー
   タを上記読み書き可能メモリに書き込むプログラム書き
   込みプログラム、上記読み書き可能メモリに書き込まれ
   た暗号化されたプログラムデータを解読する解読プログ
   ラム、上記読み出し専用メモリ上のプログラムより上記
   読み書き可能メモリ上の解読されたプログラムにその実
   行を移す実行分岐判断プログラムとを上記読み出し専用
   メモリ上に備え、また上記プログラム書き込みプログラ
   ムが暗号化されたプログラム書き込むための暗号化プロ
   グラムエリア、及び上記解読プログラムが解読したプロ
   グラムを書き込むための搭載プログラムエリアを上記読
   み書き可能メモリ上に備えた電子計算機。
2. 【請求項２】 データ処理の制御をする中央処理装置
   と、データを予め書き込みそれを保存する読み出し専用
   メモリと、データを一時的に書き込みそれを保存する読
   み書き可能メモリとを備えた電子計算機において、上記
   読み出し専用メモリには、上記読み書き可能メモリに暗
   号化されたパッチプログラムを書き込むプログラムを書
   き込むことのできる第１のエリアと、上記読み書き可能
   メモリに暗号化されたパッチプログラムを解読するプロ
   グラムを書き込むことのできる第２のエリアと、上記読
   み書き可能メモリに解読されたパッチプログラムに実行
   を分岐するプログラムを書き込むことのできる第３のエ
   リアを有し、一方、上記読み書き可能メモリには、上記
   暗号化されたパッチプログラムを書き込むための第１の
   エリアと解読されたパッチプログラムを書き込むための
   第２のエリアを有する電子計算機。
3. 【請求項３】 データ処理の制御をする中央処理装置
   と、データを予め書き込みそれを保存する読み出し専用
   メモリと、データを一時的に書き込みそれを保存する読
   み書き可能メモリとを備えた電子計算機において、暗号
   化された搭載プログラムデータやパッチプログラムデー
   タを上記読み書き可能メモリに書き込むプログラム書き
   込みプログラム及び上記読み出し専用メモリ上のプログ
   ラムより上記読み書き可能メモリ上の解読されたプログ
   ラムにその実行を移す実行分岐判断プログラムとを上記
   読み出し専用メモリ上に備え、また上記読み書き可能メ
   モリに書き込まれた暗号化されたプログラムデータを解
   読する解読プログラムをワイヤードロジックで作成され
   た上記中央処理装置の命令セットのひとつとして備え、
   さらに上記プログラム書き込みプログラムが暗号化され
   たプログラム書き込むための暗号化プログラムエリア、
   及び上記解読プログラムが解読したプログラムを書き込
   むための搭載プログラムエリアを上記読み書き可能メモ
   リ上に備えた電子計算機。
4. 【請求項４】 データ処理の制御をする中央処理装置
   と、データを予め書き込みそれを保存する読み出し専用
   メモリと、データを一時的に書き込みそれを保存する読
   み書き可能メモリとを備えたる電子計算機において、上
   記中央処理装置には、上記読み書き可能メモリに暗号化
   されたパッチプログラムを解読するプログラムをワイヤ
   ードロジックで構成された命令として有する電子計算
   機。