空間技術的發(fā)展對于全人類和世界各個國家具有極為重要的意義。它不僅是一個國家綜合國力和尖端科技實力的體現,而且對國家的軍事、國防和經濟有著重要影響。近年來,世界上許多國家都先后啟動了大規(guī)模的空間技術研究計劃,包括火星探測、載人飛行和登月等。星載計算系統是計算機技術在空間環(huán)境下的應用,負責完成空間飛行器的控制和數據處理任務。由于空間環(huán)境的惡劣條件,從而對星載計算系統在性能、可靠性和成本上提出了巨大的挑戰(zhàn)。在高昂的研究與制造費用、有限的硬件資源下,要確保海量數據處理的高可靠性是一項困難又關鍵的任務。設計一個高速、可靠并且在成本上可接受的星載數據處理系統對于宇宙科學探索及完成預定科學任務具有重大意義。 本文以空間太陽望遠鏡(SST, Space Solar Telescope)項目為背景,研究支持海量數據處理、具有高可靠性和高性能的星載計算機體系結構,系統故障檢測和修復方法及其可靠性理論分析。在研究分析可重構技術發(fā)展及其特點的基礎上,指出高速、靈活的動態(tài)可重構技術能很好地滿足星載計算系統在高可靠性和高性能兩個方面的要求。提出了一種以LEON 2處理器核為基礎的模塊化動態(tài)可重構體系結構,以增強星...

【文章頁數】：122 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源、目的及意義
    1.2 研究內容及主要工作
    1.3 論文結構
第2章 相關研究綜述
    2.1 引言
    2.2 星載計算機系統的發(fā)展、特點及挑戰(zhàn)
    2.3 可重構技術發(fā)展和研究現狀
        2.3.1 可重構計算問題的提出
        2.3.2 可重構硬件技術的發(fā)展
        2.3.3 可重構計算研究現狀
            2.3.3.1 可編程器件的結構、重構方法及耦合方式
            2.3.3.2 可重構計算的應用研究
    2.4 可重構計算在空間應用系統中重要作用
        2.4.1 可重構計算系統的高處理性能
        2.4.2 可重構計算系統的高可靠性
        2.4.3 可重構計算技術的空間應用實例
    2.5 小結
第3章 基于動態(tài)可重構的星載數據處理系統體系結構
    3.1 引言
    3.2 體系結構及方法研究
        3.2.1 相關體系結構
        3.2.2 可重構系統中的動態(tài)冗余結構
    3.3.55 T 數據處理系統的體系結構
        3.3.1 ＳＳＴ數據處理系統的總體框架
        3.3.2 重構控制單元及其結構
        3.3.3 基于反饋的寄存器糾錯機制
        3.3.4 動態(tài)可重構的模塊化結構
            3.3.4.1 LEON2處理器IP核
            3.3.4.2 基于LEON2的系統結構
            3.3.4.3 協處理器模塊
            3.3.4.4 模塊化結構與動態(tài)重構
    3.4 小結
第4章 可重構星載計算系統故障檢測、修復和可靠性分析
    4.1 引言
    4.2 星載系統故障及現有解決方案
        4.2.1 主要故障類型與現有容錯方法
        4.2.2 FPGA容錯技術
        4.2.3 可重構星載計算系統容錯技術
    4.3 可重構計算系統故障檢測和修復方案
        4.3.1 ＴＭＲ結構的改進
        4.3.2 基于配置數據的故障檢測和修復
            4.3.2.1 基于配置數據的故障檢測方法
            4.3.2.2 基于JBits的配置數據操作方案
            4.3.2.3 基于配置數據的故障修復方法
    4.4 系統可靠性分析
        4.4.1 可靠性基礎理論
        4.4.2 可修復系統的Markov模型
        4.4.3 可靠性結果分析
    4.5 小結
第5章 動態(tài)重構模塊化設計
    5.1 引言
    5.2 基本開發(fā)模式
    5.3 動態(tài)重構模塊化設計方法及關鍵問題
        5.3.1 設計方法
        5.3.2 動態(tài)重構的關鍵問題
            5.3.2.1 模塊劃分與設計約束
            5.3.2.2 配置數據的產生與加載
            5.3.2.3 模塊間通信
    5.4 小結
第6章 動態(tài)重構系統的實現
    6.1 引言
    6.2 硬件開發(fā)平臺和工具
        6.2.1 硬件開發(fā)平臺
        6.2.2 開發(fā)工具
    6.3 動態(tài)重構實現機制
    6.4 動態(tài)可重構模塊化系統實現
        6.4.1 LEON2系統的實現
            6.4.1.1 LEON 2處理器和基于LEON 2的計算系統
            6.4.1.2 LEON 2的移植
            6.4.1.3 系統仿真
            6.4.1.4 綜合以及布局布線
        6.4.2 模塊化動態(tài)可重構系統
第7章 測試與實驗
    7.1 動態(tài)重構系統測試
        7.1.1 建立軟件開發(fā)環(huán)境，編寫測試程序
        7.1.2 仿真測試
        7.1.3 基于開發(fā)板的測試
        7.1.4 FFT實例的系統性能比較
            7.1.4.1 FFT算法的實現方案
            7.1.4.2 系統性能計算與比較
    7.2 布線故障修復實驗
        7.2.1 實驗方法
        7.2.2 實驗結果
        7.2.3 可靠性分析
第8章 總結與展望
    8.1 工作總結和貢獻
    8.2 工作展望
參考文獻
致謝
附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文



本文編號：3797670