基于SOC和SIP的微纳卫星星载计算机设计

发布时间：2020-06-14 00:03

【摘要】：我国卫星技术近年来发展迅速,星载计算机的研制能力不断提升。对于传统的星载计算机,在设计上一般选用高等级和抗辐照器件,用来提升空间适应性和可靠性,但是该类器件价格普遍昂贵,体积和功耗都较大,以“悟空”号卫星星载计算机为例:其价格约500万,尺寸386mm×258mm×195mm,重量13Kg,功耗13W。而对于微纳卫星则根本无法承受如此高昂的价格,超大的体积、重量和功耗。论文以某微纳卫星型号任务需求为依托,基于SOC和SIP器件,进行详细需求分析,以高可靠为前提,以小型化、高性能、低成本、低功耗为要求,设计并实现了双机冷备冗余的板卡级星载计算机系统。通过引入空间环境下的可靠性安全性设计,星载计算机系统为后续低成本、低功耗、小型化、高性能的微纳星载计算机进一步研究奠定了基础。根据空间环境下的特点,从辐照角度出发,以安全性和可靠性设计为指导,从硬件设计和FPGA设计等方面,设计了高可靠的星载计算机系统,包括硬件设计、FPGA设计和软件设计。其中硬件设计包括时钟电路、复位电路、看门狗、处理器系统、存储器组织、CAN总线等16个子模块,FPGA设计包括总线设计、逻辑功能设计和空间自主容错设计三个子模块,软件设计包括系统启动、星载管理软件、可靠性和安全性管理等模块。完成了星载计算机的空间适应性设计,包括抗辐照设计、闩锁自保护解除、健康监测、双机系统重构、高可靠指令输出和高精度时间自主管理等设计。完成了对该星载计算机的设计验证并给出了应用。通过构建测试系统,实现对其功能和性能的全覆盖性的测试,并通过了各种单板卡级和整星级环境试验的考核,其结果也表明,该板卡级星载计算机产品,完全满足微纳卫星对星载计算机的技术和任务需求。测试和验证结果表明,完成的星载计算机系统达到了设计要求。 【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V446

【图文】：

星载计算机系统,星载计算机

图 1.1 拟实现的星载计算机系统构架文的组织一章绪论：主要论述微纳卫星对板卡级星载计算机的需求，同时描述了状，提出了基于 SOC 和 SIP 器件的星载计算机系统，可以实现了小型化成本、高性能的技术需求。二章 SOC 和 SIP 介绍：主要介绍了 SOC 和 SIP 的相关定义、特点及区星星载计算机选用的 SOC 型 FPGA 和 SIP 器件进行了详细的介绍。三章星载计算机系统设计：梳理传统星载计算机不满足微纳卫星的指标C 和 SIP 器件，构建满足微纳卫星空间应用需求的星载计算机系统，从软件三个方面，设计了满足微纳卫星应用的星载计算机系统。四章星载计算机空间适应性设计：梳理空间辐照环境下对元器件的影响施，并通过多项关键技术，进一步提升星载计算机的可靠性。五章星载计算机设计验证及应用：通过构建测试系统，，完成桌面和环境

系统级芯片

绍计算机对物理形态大幅度缩小的技术需求们将成为星载计算机的关键核心技术。ip 片上系统。从狭义角度讲，它是信息系一块芯片上；从广义角度讲，SoC 是一个 SoC 就是类似大脑、心脏、眼睛和手的内容主要包括了构成和形成过程两个方面号处理模块、控制逻辑模块、存储器模块辑、基本软件模块等，并向用户提供软件系统的软件和硬件协同设计与验证、开纳米集成电路设计技术等。SoC 技术的特件系统和硬件系统的集成两方面，并具有能等优势。

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