星载信息处理平台容错技术研究
发布时间：2020-09-29 17:16
世界科技的进步推动了卫星技术研究的发展,小卫星具有体积小,重量轻,灵活性好的优势,成为卫星领域研发的重点。星载信息处理平台是小卫星的信息处理核心,特殊的空间环境决定了对其可靠性能要求相当高。这使得星载信息处理平台的可靠性设计技术成为国内外航天领域研究的重点之一。 本文提出了一种星载信息处理平台容错体系结构。首先介绍了信息处理平台系统级双机容错体系结构和单系统的体系结构。随后,根据功能模块划分,对信息处理平台内的处理器模块、控制模块、电源模块、存储器模块和接口模块分别进行模块级的容错技术研究,其中包括处理器模块的基本设计、控制模块抗空间单粒子效应的容错设计方案选用、电源模块过流保护技术、存储器模块冗余技术和接口模块的结构设计。通过模块级容错技术和系统级双机容错技术的应用,提高了星载信息处理平台的可靠性能。 在单系统容错设计的基础上,本文重点关注星载信息处理平台双机容错技术。将单系统的容错技术运用到系统级的双机容错技术中,进一步提高系统的可靠性。本文分别从双机容错系统的硬件和软件两方面进行分析,并重点研究了双机容错系统中以FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)器件为核心的双机监控机制。通过性能测试,验证了双机容错系统设计的有效性。 本文还在星载信息处理平台中引入CAN(Controller Area Network,控制器区域网络)总线的容错设计。结合信息处理平台的体系结构,从硬件和软件两方面研究双CAN冗余的可靠性设计方案。通过引入CAN总线,使系统在通信和数据传输性能上有了较大的进步。而通过CAN总线双冗余设计,则进一步提高了通信接口的可靠性。 在本文最后,完成了星载信息处理平台原型系统的实现,并对其进行了测试验证,测试结果表明该平台功能完善,性能良好、结构可靠。如果将原型系统进行宇航级器件的改进,将可实际应用于实际星载设备中。
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TP302.8;TP332
【部分图文】：
传输速率高，具有多种错误检测手段，抗干扰性强，可满足卫星高可靠的系统要求。星载信息处理平台通过CAN总线与各种星载设备完成相互通信，其结构如图2.1所示。控控制执行机构构构星地通信信信星间信息交互互互电源源源时间统计计星星载信息处理平台 台 图2.1星载信息处理平台与星载设备间的通信结构此外，系统还要使用无线网卡，而最常用的无线网卡接口为USB，根据 ATglRM9200芯片功能设计USB接口电路。由此构成CPu板，加上电源模块构成信息处理平台的单系统。CAN总线的关键技术研究将在本文第四章详细介绍。夸2.2控制模块的功能及其容错技术控制模块在星载信息处理平台中是指FPGA模块，在实现中则是指FPGA板。对于FPGA的技术研究分为两方面的内容:一是FPGA作为系统的控制模块，在双机容错的关键技术中起到核心作用，是双机系统的仲裁器，对这一关键技术的研究是控制模块技术研究的重点内容;二是双机系统在空间中应用会受到大量带电粒子的辐射，由此引发控制信号发生错误，那么对于控制模块本身要求具有容错性能
图2.4产生单粒子闭锁原理图图中cMos器件固有4层结构(pnpn)，P阱cMos反相器截面和寄生的Pnpn结构视为等效线路。它的等效线路分别由寄生的pnP晶体管Tl和nPn晶体管TZ以及衬底电阻R:和P阱电阻Rw组成I5J[29J[30)。在稳态和瞬态触发条件下，假如P阱电阻Rw上产生的压降等于或大于寄生的nPn晶体管TZ基极一发射极结的正向压降，就会引起TZ通导，TZ一旦通导，就将有电流流过Rs电阻。如果Rs上的压降大于pnP晶体管Tl的基极一发射极结正向压降，将引起Tl通导，Tl通导又增加了RW电阻上的电流，使得TZ进一步通导。如此循环，最终导致TZ和Tl饱和，从而使cMos反相器产生闭锁。同样，如首先触发衬底电阻Rs，使寄生的pnp晶体管Tl通导，也可引起cMos器件产生闭锁[5l。以上产生机理简单地说就是电子器件的寄生双极晶体管在被局部沉积的电荷所触发，从而引起在VDD和Vss之间的大电流，类似于在电源供给和接地之间的一种“短路”。如果不采取保护措施，由短路引起的大电流就可能给器件造成永久性的损坏[，][，，一[32]。
电路部分主要由MOS管及其外围电路组成。如图2.7所示，重启P沟道增强型Mos管(P一channelMoSFET)来构造，高质量的M射环境就有很好的免疫能力。电源控制信号首先保持为低，这样M)为低电平，而其源极(s)连着电源，则根据P沟道增强型管子的启，Us近似为电源电压，即设备连上电源已通电。在监测出过流电源控制信号变为高电平，这样Mos管的栅极(G)为高电平，MO似为OV，即实现了对负载设备的断电。随后，电源控制信号可又备重新通电。这样就实现了控制自动断电和恢复。第16页
本文编号：2830024
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TP302.8;TP332
【部分图文】：
传输速率高，具有多种错误检测手段，抗干扰性强，可满足卫星高可靠的系统要求。星载信息处理平台通过CAN总线与各种星载设备完成相互通信，其结构如图2.1所示。控控制执行机构构构星地通信信信星间信息交互互互电源源源时间统计计星星载信息处理平台 台 图2.1星载信息处理平台与星载设备间的通信结构此外，系统还要使用无线网卡，而最常用的无线网卡接口为USB，根据 ATglRM9200芯片功能设计USB接口电路。由此构成CPu板，加上电源模块构成信息处理平台的单系统。CAN总线的关键技术研究将在本文第四章详细介绍。夸2.2控制模块的功能及其容错技术控制模块在星载信息处理平台中是指FPGA模块，在实现中则是指FPGA板。对于FPGA的技术研究分为两方面的内容:一是FPGA作为系统的控制模块，在双机容错的关键技术中起到核心作用，是双机系统的仲裁器，对这一关键技术的研究是控制模块技术研究的重点内容;二是双机系统在空间中应用会受到大量带电粒子的辐射，由此引发控制信号发生错误，那么对于控制模块本身要求具有容错性能
图2.4产生单粒子闭锁原理图图中cMos器件固有4层结构(pnpn)，P阱cMos反相器截面和寄生的Pnpn结构视为等效线路。它的等效线路分别由寄生的pnP晶体管Tl和nPn晶体管TZ以及衬底电阻R:和P阱电阻Rw组成I5J[29J[30)。在稳态和瞬态触发条件下，假如P阱电阻Rw上产生的压降等于或大于寄生的nPn晶体管TZ基极一发射极结的正向压降，就会引起TZ通导，TZ一旦通导，就将有电流流过Rs电阻。如果Rs上的压降大于pnP晶体管Tl的基极一发射极结正向压降，将引起Tl通导，Tl通导又增加了RW电阻上的电流，使得TZ进一步通导。如此循环，最终导致TZ和Tl饱和，从而使cMos反相器产生闭锁。同样，如首先触发衬底电阻Rs，使寄生的pnp晶体管Tl通导，也可引起cMos器件产生闭锁[5l。以上产生机理简单地说就是电子器件的寄生双极晶体管在被局部沉积的电荷所触发，从而引起在VDD和Vss之间的大电流，类似于在电源供给和接地之间的一种“短路”。如果不采取保护措施，由短路引起的大电流就可能给器件造成永久性的损坏[，][，，一[32]。
电路部分主要由MOS管及其外围电路组成。如图2.7所示，重启P沟道增强型Mos管(P一channelMoSFET)来构造，高质量的M射环境就有很好的免疫能力。电源控制信号首先保持为低，这样M)为低电平，而其源极(s)连着电源，则根据P沟道增强型管子的启，Us近似为电源电压，即设备连上电源已通电。在监测出过流电源控制信号变为高电平，这样Mos管的栅极(G)为高电平，MO似为OV，即实现了对负载设备的断电。随后，电源控制信号可又备重新通电。这样就实现了控制自动断电和恢复。第16页
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 吕启;仿生自组织计算阵列体系结构关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
本文编号：2830024
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/2830024.html
