世界科技的進(jìn)步推動了衛(wèi)星技術(shù)研究的發(fā)展,小衛(wèi)星具有體積小,重量輕,靈活性好的優(yōu)勢,成為衛(wèi)星領(lǐng)域研發(fā)的重點。星載信息處理平臺是小衛(wèi)星的信息處理核心,特殊的空間環(huán)境決定了對其可靠性能要求相當(dāng)高。這使得星載信息處理平臺的可靠性設(shè)計技術(shù)成為國內(nèi)外航天領(lǐng)域研究的重點之一。 本文提出了一種星載信息處理平臺容錯體系結(jié)構(gòu)。首先介紹了信息處理平臺系統(tǒng)級雙機(jī)容錯體系結(jié)構(gòu)和單系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。隨后,根據(jù)功能模塊劃分,對信息處理平臺內(nèi)的處理器模塊、控制模塊、電源模塊、存儲器模塊和接口模塊分別進(jìn)行模塊級的容錯技術(shù)研究,其中包括處理器模塊的基本設(shè)計、控制模塊抗空間單粒子效應(yīng)的容錯設(shè)計方案選用、電源模塊過流保護(hù)技術(shù)、存儲器模塊冗余技術(shù)和接口模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過模塊級容錯技術(shù)和系統(tǒng)級雙機(jī)容錯技術(shù)的應(yīng)用,提高了星載信息處理平臺的可靠性能。 在單系統(tǒng)容錯設(shè)計的基礎(chǔ)上,本文重點關(guān)注星載信息處理平臺雙機(jī)容錯技術(shù)。將單系統(tǒng)的容錯技術(shù)運(yùn)用到系統(tǒng)級的雙機(jī)容錯技術(shù)中,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。本文分別從雙機(jī)容錯系統(tǒng)的硬件和軟件兩方面進(jìn)行分析,并重點研究了雙機(jī)容錯系統(tǒng)中以FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)器件為核心的雙機(jī)監(jiān)控機(jī)制。通過性能測試,驗證了雙機(jī)容錯系統(tǒng)設(shè)計的有效性。 本文還在星載信息處理平臺中引入CAN(Controller Area Network,控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))總線的容錯設(shè)計。結(jié)合信息處理平臺的體系結(jié)構(gòu),從硬件和軟件兩方面研究雙CAN冗余的可靠性設(shè)計方案。通過引入CAN總線,使系統(tǒng)在通信和數(shù)據(jù)傳輸性能上有了較大的進(jìn)步。而通過CAN總線雙冗余設(shè)計,則進(jìn)一步提高了通信接口的可靠性。 在本文最后,完成了星載信息處理平臺原型系統(tǒng)的實現(xiàn),并對其進(jìn)行了測試驗證,測試結(jié)果表明該平臺功能完善,性能良好、結(jié)構(gòu)可靠。如果將原型系統(tǒng)進(jìn)行宇航級器件的改進(jìn),將可實際應(yīng)用于實際星載設(shè)備中。
【學(xué)位單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：TP302.8;TP332
【部分圖文】：

傳輸速率高，具有多種錯誤檢測手段，抗干擾性強(qiáng)，可滿足衛(wèi)星高可靠的系統(tǒng)要求。星載信息處理平臺通過CAN總線與各種星載設(shè)備完成相互通信，其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示�？乜刂茍�(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)構(gòu)星地通信信信星間信息交互互互電源源源時間統(tǒng)計計星星載信息處理平臺 臺 圖2.1星載信息處理平臺與星載設(shè)備間的通信結(jié)構(gòu)此外，系統(tǒng)還要使用無線網(wǎng)卡，而最常用的無線網(wǎng)卡接口為USB，根據(jù) ATglRM9200芯片功能設(shè)計USB接口電路。由此構(gòu)成CPu板，加上電源模塊構(gòu)成信息處理平臺的單系統(tǒng)。CAN總線的關(guān)鍵技術(shù)研究將在本文第四章詳細(xì)介紹�？�2.2控制模塊的功能及其容錯技術(shù)控制模塊在星載信息處理平臺中是指FPGA模塊，在實現(xiàn)中則是指FPGA板。對于FPGA的技術(shù)研究分為兩方面的內(nèi)容:一是FPGA作為系統(tǒng)的控制模塊，在雙機(jī)容錯的關(guān)鍵技術(shù)中起到核心作用，是雙機(jī)系統(tǒng)的仲裁器，對這一關(guān)鍵技術(shù)的研究是控制模塊技術(shù)研究的重點內(nèi)容;二是雙機(jī)系統(tǒng)在空間中應(yīng)用會受到大量帶電粒子的輻射，由此引發(fā)控制信號發(fā)生錯誤，那么對于控制模塊本身要求具有容錯性能

圖2.4產(chǎn)生單粒子閉鎖原理圖圖中cMos器件固有4層結(jié)構(gòu)(pnpn)，P阱cMos反相器截面和寄生的Pnpn結(jié)構(gòu)視為等效線路。它的等效線路分別由寄生的pnP晶體管Tl和nPn晶體管TZ以及襯底電阻R:和P阱電阻Rw組成I5J[29J[30)。在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)觸發(fā)條件下，假如P阱電阻Rw上產(chǎn)生的壓降等于或大于寄生的nPn晶體管TZ基極一發(fā)射極結(jié)的正向壓降，就會引起TZ通導(dǎo)，TZ一旦通導(dǎo)，就將有電流流過Rs電阻。如果Rs上的壓降大于pnP晶體管Tl的基極一發(fā)射極結(jié)正向壓降，將引起Tl通導(dǎo)，Tl通導(dǎo)又增加了RW電阻上的電流，使得TZ進(jìn)一步通導(dǎo)。如此循環(huán)，最終導(dǎo)致TZ和Tl飽和，從而使cMos反相器產(chǎn)生閉鎖。同樣，如首先觸發(fā)襯底電阻Rs，使寄生的pnp晶體管Tl通導(dǎo)，也可引起cMos器件產(chǎn)生閉鎖[5l。以上產(chǎn)生機(jī)理簡單地說就是電子器件的寄生雙極晶體管在被局部沉積的電荷所觸發(fā)，從而引起在VDD和Vss之間的大電流，類似于在電源供給和接地之間的一種“短路”。如果不采取保護(hù)措施，由短路引起的大電流就可能給器件造成永久性的損壞[，][，，一[32]。

電路部分主要由MOS管及其外圍電路組成。如圖2.7所示，重啟P溝道增強(qiáng)型Mos管(P一channelMoSFET)來構(gòu)造，高質(zhì)量的M射環(huán)境就有很好的免疫能力。電源控制信號首先保持為低，這樣M)為低電平，而其源極(s)連著電源，則根據(jù)P溝道增強(qiáng)型管子的啟，Us近似為電源電壓，即設(shè)備連上電源已通電。在監(jiān)測出過流電源控制信號變?yōu)楦唠娖�，這樣Mos管的柵極(G)為高電平，MO似為OV，即實現(xiàn)了對負(fù)載設(shè)備的斷電。隨后，電源控制信號可又備重新通電。這樣就實現(xiàn)了控制自動斷電和恢復(fù)。第16頁

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 呂啟;仿生自組織計算陣列體系結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

本文編號：2830024