本文關(guān)鍵詞：星載可重置系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)

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【摘要】：隨著半導(dǎo)體業(yè)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)的尺寸不斷減小,功耗也隨之不斷降低,性能更是不斷提高,使得衛(wèi)星的微小型化成為可能。衛(wèi)星的體積及重量的減輕,大幅降低了單個(gè)衛(wèi)星的發(fā)射成本,很多學(xué)校和科研單位都已多次成功發(fā)射了自己的微小衛(wèi)星。微小衛(wèi)星具有發(fā)射成本低,研發(fā)周期短,可靠性高等特點(diǎn)。同時(shí),隨著FPGA芯片性能的提升及價(jià)格的下降,使用FPGA芯片替代傳統(tǒng)ASIC芯片的成功案例也越來(lái)越多。使用FPGA作為星載計(jì)算機(jī)載體,具有開(kāi)發(fā)周期短,開(kāi)發(fā)成本低,維護(hù)方便及可以使用很多開(kāi)源設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。因此,目前很多的微小衛(wèi)星都使用了FPGA作為核心邏輯。本設(shè)計(jì)基于某型號(hào)帶有微控制器的FPGA開(kāi)發(fā)板,利用FPGA可重置的特性,搭建一個(gè)可以自行從錯(cuò)誤中恢復(fù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以同時(shí)支持軟件失效錯(cuò)誤和硬件產(chǎn)生錯(cuò)誤后的系統(tǒng)恢復(fù),具有較高的抗失效能力。本文首先對(duì)可重置系統(tǒng)中的硬件平臺(tái)及系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,基于開(kāi)發(fā)板所提供的有限資源及特性,從多種重置方案中,挑選出最合理的一種重置方案,并對(duì)該方案進(jìn)行了功能性驗(yàn)證,且達(dá)到了預(yù)期的效果。本文隨后對(duì)星載系統(tǒng)中的通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì),該協(xié)議包含數(shù)據(jù)傳輸及FPGA工作狀態(tài)心跳信號(hào)。MCU通過(guò)定期檢查心跳協(xié)議包,查看FPGA中運(yùn)行的軟件程序是否發(fā)生失效,當(dāng)發(fā)生失效時(shí),MCU會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重置操作。本文最后利用設(shè)計(jì)過(guò)程中搭建的測(cè)試環(huán)境,對(duì)定時(shí)器軟故障注入、CAN同步幀丟失和“喂狗”信號(hào)故障進(jìn)行測(cè)試,證明可重置系統(tǒng)在發(fā)生以上錯(cuò)誤時(shí)能夠重置。
【關(guān)鍵詞】：微小衛(wèi)星 FPGA 重置 抗失效
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 序論8-12
• 1.1 概述8-9
• 1.1.1 研究目的8-9
• 1.1.2 研究意義9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 星載計(jì)算機(jī)研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 星載可重置系統(tǒng)研究現(xiàn)狀10
• 1.2.3 CAN總線研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容11-12
• 1.3.1 可重置系統(tǒng)研究與搭建11
• 1.3.2 可重置系統(tǒng)通信方案設(shè)計(jì)11
• 1.3.3 系統(tǒng)測(cè)試11-12
• 第2章 星載可重置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)12-28
• 2.1 引言12-13
• 2.2 硬件平臺(tái)及系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)13-17
• 2.2.1 可重置系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13-15
• 2.2.2 C8051F040技術(shù)參數(shù)15-16
• 2.2.3 電平轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)16-17
• 2.3 重置方案17-25
• 2.3.1 FPGA配置模式17-19
• 2.3.2 FPGA配置模式選取19-20
• 2.3.3 從并行模式的配置時(shí)序20-22
• 2.3.4 C8051F040對(duì)于管腳的操作22-24
• 2.3.5 看門(mén)狗設(shè)置24-25
• 2.4 重置功能驗(yàn)證25-27
• 2.4.1 驗(yàn)證平臺(tái)設(shè)計(jì)及故障注入方案25-26
• 2.4.2 重置功能測(cè)試結(jié)果26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 通信方案設(shè)計(jì)28-43
• 3.1 引言28
• 3.2 CAN總線通信方案28-32
• 3.2.1 CAN通信協(xié)議介紹28-30
• 3.2.2 SJA1000獨(dú)立CAN控制器介紹30-31
• 3.2.3 C8051集成CAN控制器介紹31-32
• 3.2.4 通信方案設(shè)計(jì)32
• 3.3 CAN通信驅(qū)動(dòng)軟件編寫(xiě)32-39
• 3.3.1 SJA1000獨(dú)立CAN控制器驅(qū)動(dòng)軟件32-36
• 3.3.2 C8051集成CAN控制器驅(qū)動(dòng)軟件36-39
• 3.4 系統(tǒng)中CAN通信測(cè)試39-42
• 3.4.1 測(cè)試平臺(tái)39-41
• 3.4.2 測(cè)試結(jié)果41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第4章 系統(tǒng)協(xié)同測(cè)試43-50
• 4.1 引言43
• 4.2 測(cè)試內(nèi)容43-44
• 4.3 測(cè)試平臺(tái)介紹44-46
• 4.3.1 硬件環(huán)境44-45
• 4.3.2 軟件環(huán)境45-46
• 4.4 測(cè)試步驟46
• 4.5 測(cè)試結(jié)果46-49
• 4.5.1 定時(shí)器軟故障注入測(cè)試結(jié)果46-47
• 4.5.2 CAN同步幀軟故障注入測(cè)試結(jié)果47-48
• 4.5.3“喂狗”信號(hào)硬故障注入測(cè)試結(jié)果48-49
• 4.6 本章小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-51
• 參考文獻(xiàn)51-55
• 致謝55-56
• 作者簡(jiǎn)介56

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