本文關鍵詞：星載可重置系統(tǒng)控制器設計

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【摘要】：隨著半導體業(yè)的發(fā)展,計算機的尺寸不斷減小,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,大幅降低了單個衛(wèi)星的發(fā)射成本,很多學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。同時,隨著FPGA芯片性能的提升及價格的下降,使用FPGA芯片替代傳統(tǒng)ASIC芯片的成功案例也越來越多。使用FPGA作為星載計算機載體,具有開發(fā)周期短,開發(fā)成本低,維護方便及可以使用很多開源設計等優(yōu)點。因此,目前很多的微小衛(wèi)星都使用了FPGA作為核心邏輯。本設計基于某型號帶有微控制器的FPGA開發(fā)板,利用FPGA可重置的特性,搭建一個可以自行從錯誤中恢復的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以同時支持軟件失效錯誤和硬件產生錯誤后的系統(tǒng)恢復,具有較高的抗失效能力。本文首先對可重置系統(tǒng)中的硬件平臺及系統(tǒng)的體系結構進行分析,基于開發(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,并對該方案進行了功能性驗證,且達到了預期的效果。本文隨后對星載系統(tǒng)中的通信協(xié)議進行設計,該協(xié)議包含數(shù)據(jù)傳輸及FPGA工作狀態(tài)心跳信號。MCU通過定期檢查心跳協(xié)議包,查看FPGA中運行的軟件程序是否發(fā)生失效,當發(fā)生失效時,MCU會對系統(tǒng)進行重置操作。本文最后利用設計過程中搭建的測試環(huán)境,對定時器軟故障注入、CAN同步幀丟失和“喂狗”信號故障進行測試,證明可重置系統(tǒng)在發(fā)生以上錯誤時能夠重置。
【關鍵詞】：微小衛(wèi)星 FPGA 重置 抗失效
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 國內外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 星載計算機研究現(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)通信方案設計11
• 1.3.3 系統(tǒng)測試11-12
• 第2章 星載可重置系統(tǒng)結構12-28
• 2.1 引言12-13
• 2.2 硬件平臺及系統(tǒng)體系結構13-17
• 2.2.1 可重置系統(tǒng)硬件結構設計13-15
• 2.2.2 C8051F040技術參數(shù)15-16
• 2.2.3 電平轉換接口設計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序20-22
• 2.3.4 C8051F040對于管腳的操作22-24
• 2.3.5 看門狗設置24-25
• 2.4 重置功能驗證25-27
• 2.4.1 驗證平臺設計及故障注入方案25-26
• 2.4.2 重置功能測試結果26-27
• 2.5 本章小結27-28
• 第3章 通信方案設計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 通信方案設計32
• 3.3 CAN通信驅動軟件編寫32-39
• 3.3.1 SJA1000獨立CAN控制器驅動軟件32-36
• 3.3.2 C8051集成CAN控制器驅動軟件36-39
• 3.4 系統(tǒng)中CAN通信測試39-42
• 3.4.1 測試平臺39-41
• 3.4.2 測試結果41-42
• 3.5 本章小結42-43
• 第4章 系統(tǒng)協(xié)同測試43-50
• 4.1 引言43
• 4.2 測試內容43-44
• 4.3 測試平臺介紹44-46
• 4.3.1 硬件環(huán)境44-45
• 4.3.2 軟件環(huán)境45-46
• 4.4 測試步驟46
• 4.5 測試結果46-49
• 4.5.1 定時器軟故障注入測試結果46-47
• 4.5.2 CAN同步幀軟故障注入測試結果47-48
• 4.5.3“喂狗”信號硬故障注入測試結果48-49
• 4.6 本章小結49-50
• 結論50-51
• 參考文獻51-55
• 致謝55-56
• 作者簡介56

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