世界科技的進(jìn)步推動(dòng)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(shì),成為衛(wèi)星領(lǐng)域研發(fā)的重點(diǎn)。星載信息處理平臺(tái)是小衛(wèi)星的信息處理核心,特殊的空間環(huán)境決定了對(duì)其可靠性能要求相當(dāng)高。這使得星載信息處理平臺(tái)的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外航天領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。 本文提出了一種星載信息處理平臺(tái)容錯(cuò)體系結(jié)構(gòu)。首先介紹了信息處理平臺(tái)系統(tǒng)級(jí)雙機(jī)容錯(cuò)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(duì)信息處理平臺(tái)內(nèi)的處理器模塊、控制模塊、電源模塊、存儲(chǔ)器模塊和接口模塊分別進(jìn)行模塊級(jí)的容錯(cuò)技術(shù)研究,其中包括處理器模塊的基本設(shè)計(jì)、控制模塊抗空間單粒子效應(yīng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)方案選用、電源模塊過流保護(hù)技術(shù)、存儲(chǔ)器模塊冗余技術(shù)和接口模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過模塊級(jí)容錯(cuò)技術(shù)和系統(tǒng)級(jí)雙機(jī)容錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用,提高了星載信息處理平臺(tái)的可靠性能。 在單系統(tǒng)容錯(cuò)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,本文重點(diǎn)關(guān)注星載信息處理平臺(tái)雙機(jī)容錯(cuò)技術(shù)。將單系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)運(yùn)用到系統(tǒng)級(jí)的雙機(jī)容錯(cuò)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(cuò)系統(tǒng)的硬件和軟件兩方面進(jìn)行分析,并重點(diǎn)研究了雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)中以FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場(chǎng)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(cè)試,驗(yàn)證了雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。 本文還在星載信息處理平臺(tái)中引入CAN(Controller Area Network,控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))總線的容錯(cuò)設(shè)計(jì)。結(jié)合信息處理平臺(tái)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(jì)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(jì),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(tái)原型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),并對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證,測(cè)試結(jié)果表明該平臺(tái)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(jí)器件的改進(jìn),將可實(shí)際應(yīng)用于實(shí)際星載設(shè)備中。
【學(xué)位單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)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(cuò)誤檢測(cè)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(tái)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(shí)間統(tǒng)計(jì)計(jì)星星載信息處理平臺(tái) 臺(tái) 圖2.1星載信息處理平臺(tái)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(jì)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(tái)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。夸2.2控制模塊的功能及其容錯(cuò)技術(shù)控制模塊在星載信息處理平臺(tái)中是指FPGA模塊，在實(shí)現(xiàn)中則是指FPGA板。對(duì)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(cuò)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(duì)這一關(guān)鍵技術(shù)的研究是控制模塊技術(shù)研究的重點(diǎn)內(nèi)容;二是雙機(jī)系統(tǒng)在空間中應(yīng)用會(huì)受到大量帶電粒子的輻射，由此引發(fā)控制信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤，那么對(duì)于控制模塊本身要求具有容錯(cuò)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(huì)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(jiǎn)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(hào)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(cè)出過流電源控制信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑@樣Mos管的柵極(G)為高電平，MO似為OV，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載設(shè)備的斷電。隨后，電源控制信號(hào)可又備重新通電。這樣就實(shí)現(xiàn)了控制自動(dòng)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(jì)算陣列體系結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2830024