星载可重置系统控制器设计

发布时间：2017-10-21 05:29

  本文关键词：星载可重置系统控制器设计

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【摘要】：随着半导体业的发展,计算机的尺寸不断减小,功耗也随之不断降低,性能更是不断提高,使得卫星的微小型化成为可能。卫星的体积及重量的减轻,大幅降低了单个卫星的发射成本,很多学校和科研单位都已多次成功发射了自己的微小卫星。微小卫星具有发射成本低,研发周期短,可靠性高等特点。同时,随着FPGA芯片性能的提升及价格的下降,使用FPGA芯片替代传统ASIC芯片的成功案例也越来越多。使用FPGA作为星载计算机载体,具有开发周期短,开发成本低,维护方便及可以使用很多开源设计等优点。因此,目前很多的微小卫星都使用了FPGA作为核心逻辑。本设计基于某型号带有微控制器的FPGA开发板,利用FPGA可重置的特性,搭建一个可以自行从错误中恢复的系统。该系统可以同时支持软件失效错误和硬件产生错误后的系统恢复,具有较高的抗失效能力。本文首先对可重置系统中的硬件平台及系统的体系结构进行分析,基于开发板所提供的有限资源及特性,从多种重置方案中,挑选出最合理的一种重置方案,并对该方案进行了功能性验证,且达到了预期的效果。本文随后对星载系统中的通信协议进行设计,该协议包含数据传输及FPGA工作状态心跳信号。MCU通过定期检查心跳协议包,查看FPGA中运行的软件程序是否发生失效,当发生失效时,MCU会对系统进行重置操作。本文最后利用设计过程中搭建的测试环境,对定时器软故障注入、CAN同步帧丢失和“喂狗”信号故障进行测试,证明可重置系统在发生以上错误时能够重置。
【关键词】：微小卫星 FPGA 重置 抗失效
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 序论8-12
• 1.1 概述8-9
• 1.1.1 研究目的8-9
• 1.1.2 研究意义9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 星载计算机研究现状9-10
• 1.2.2 星载可重置系统研究现状10
• 1.2.3 CAN总线研究现状10-11
• 1.3 本文研究的主要内容11-12
• 1.3.1 可重置系统研究与搭建11
• 1.3.2 可重置系统通信方案设计11
• 1.3.3 系统测试11-12
• 第2章 星载可重置系统结构12-28
• 2.1 引言12-13
• 2.2 硬件平台及系统体系结构13-17
• 2.2.1 可重置系统硬件结构设计13-15
• 2.2.2 C8051F040技术参数15-16
• 2.2.3 电平转换接口设计16-17
• 2.3 重置方案17-25
• 2.3.1 FPGA配置模式17-19
• 2.3.2 FPGA配置模式选取19-20
• 2.3.3 从并行模式的配置时序20-22
• 2.3.4 C8051F040对于管脚的操作22-24
• 2.3.5 看门狗设置24-25
• 2.4 重置功能验证25-27
• 2.4.1 验证平台设计及故障注入方案25-26
• 2.4.2 重置功能测试结果26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 通信方案设计28-43
• 3.1 引言28
• 3.2 CAN总线通信方案28-32
• 3.2.1 CAN通信协议介绍28-30
• 3.2.2 SJA1000独立CAN控制器介绍30-31
• 3.2.3 C8051集成CAN控制器介绍31-32
• 3.2.4 通信方案设计32
• 3.3 CAN通信驱动软件编写32-39
• 3.3.1 SJA1000独立CAN控制器驱动软件32-36
• 3.3.2 C8051集成CAN控制器驱动软件36-39
• 3.4 系统中CAN通信测试39-42
• 3.4.1 测试平台39-41
• 3.4.2 测试结果41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 系统协同测试43-50
• 4.1 引言43
• 4.2 测试内容43-44
• 4.3 测试平台介绍44-46
• 4.3.1 硬件环境44-45
• 4.3.2 软件环境45-46
• 4.4 测试步骤46
• 4.5 测试结果46-49
• 4.5.1 定时器软故障注入测试结果46-47
• 4.5.2 CAN同步帧软故障注入测试结果47-48
• 4.5.3“喂狗”信号硬故障注入测试结果48-49
• 4.6 本章小结49-50
• 结论50-51
• 参考文献51-55
• 致谢55-56
• 作者简介56

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本文编号：1071564