一种微小卫星星载计算机及其可重构实现方法技术

本发明专利技术提供了一种微小卫星星载计算机，包括可编程SOC单元、FLash型FPGA、配置存储器的NOR Flash组、电源电路模块、DDR3的SDRAM和接口模块组，所述NOR Flash组与所述FLash型FPGA输入输出双向连接，所述电源电路模块分别与所述FLash型FPGA、可编程SOC单元连接，为所述FLash型FPGA、可编程SOC单元供电，所述FLash型FPGA与所述可编程SOC单元输入输出双向连接，所述可编程SOC单元分别与所述DDR3的SDRAM、接口模块组输入输出双向连接。本发明专利技术还提供了一种微小卫星星载计算机的可重构实现方法。本发明专利技术的有益效果是：使用Flash型FPGA引导实现对SRAM型FPGA配置项动态加载，在实际使用时，即使当前有任务功能正在运行时，仍可通过上注指令至Flash型FPGA，进行不同任务功能切换重构。

A micro satellite on-board computer and its reconfigurable implementation method

【技术实现步骤摘要】
一种微小卫星星载计算机及其可重构实现方法
本专利技术涉及星载计算机，尤其涉及一种微小卫星星载计算机及其可重构实现方法。
技术介绍
现有微小卫星星载计算机在实际使用时，当前有任务功能正在运行时，不能进行不同任务功能切换重构。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种微小卫星星载计算机及其可重构实现方法。本专利技术提供了一种微小卫星星载计算机，包括可编程SOC单元、FLash型FPGA、配置存储器的NORFlash组、电源电路模块、DDR3的SDRAM和接口模块组，所述NORFlash组与所述FLash型FPGA输入输出双向连接，所述电源电路模块分别与所述FLash型FPGA、可编程SOC单元连接，为所述FLash型FPGA、可编程SOC单元供电，所述FLash型FPGA与所述可编程SOC单元输入输出双向连接，所述可编程SOC单元分别与所述DDR3的SDRAM、接口模块组输入输出双向连接，所述可编程SOC单元采用硬核ARM处理器+SRAM型FPGA架构，由Flash型FPGA引导加载NorFlash组中的配置文件，与所述可编程SOC单元的硬核ARM处理器进行通讯，实现对所述可编程SOC单元的SRAM型FPGA整个程序空间的动态加载。作为本专利技术的进一步改进，所述接口模块组包括CAN接口模块，RS422接口模块、PC104接口模块、AD/DA接口模块。作为本专利技术的进一步改进，所述NORFlash组为启动与配置存储器，使用三组NORFlash组在物理上进行三模冗余，设计安全保护策略，保证配置文件的安全。作为本专利技术的进一步改进，采用Flash型FPGA提供故障容错加固支持，在其上构建三模配置存储控制系统，对加载到可编程SOC单元的配置文件进行三模防护。作为本专利技术的进一步改进，在FLash型FPGA上设计三模控制器，对外部硬件三备份的NorFlash组进行配置文件读写控制，当Flash型FPGA接收到启动信号后，从三个配置Flash相同地址中读取配置文件，经过三模接收控制单元后进行表决，将正确配置项输出，并记录错误信息返回。本专利技术还提供了一种微小卫星星载计算机的可重构实现方法，采用所述的微小卫星星载计算机进行以下步骤：1）上电初始化，此时Flash型FPGA与配置存储器的NorFlash组上电启动与初始化；2）可编程SOC单元上电启动：若正确电路状态，则发出控制信号至Flash型FPGA，进入下一步状态；若检测到异常单粒子闩锁，则断开供电，等待一段时间再启动SOC单元；3）可编程SOC配置文件加载：通过Flash型FPGA实现对配置文件加载，加载成功后可编程SOC单元自检，若正常则运行基本任务，若片外存储自检失败，则进入最小任务模式，不使用片外存储；同时Flash型FPGA在加载过程中对配置文件进行比对与校验，当发现无法正常加载时，将记录错误文件的分区信息，并调整三个Flash的分区编号，直到能正确加载可编程SOC单元，同时将判断出错误分区及芯片编号，保存在其内部寄存器中，在下次重新加载时将根据该信息选择正确的分区；在收到可编程SOC单元加载成功标志后，将启动看门狗程序，对可编程SOC单元进行安全监控；4）任务功能实现：可编程SOC单元加载默认配置文件成功后，运行当前默认任务，并向Flash型FPGA发送加载成功标志，同时启动看门狗等安全保护策略；5）在线重构实现：可编程SOC单元动态接收任务切换信号后，驱动读取NorFlash组不同分区中的不同任务配置文件，并按步骤3）进行正常加载；6）单粒子检测刷新：在运行任务时，定时对SOC单元中的SRAM型FPGA进行单粒子翻转校验，对功能区进行定时刷新。作为本专利技术的进一步改进，在步骤2）中，为纠正受到空间单粒子的闩锁问题，设计单粒子闩锁防护，实现SOC单元供电过程中单粒子闩锁故障的排除，具体实现方式：通过将电流监测值与安全值比较，若发生单粒子闩锁则电流会激增，则其中过流模块会关断供电电路，一段时间后再开启重上电。从而保护芯片不受损伤。作为本专利技术的进一步改进，在步骤6）中，为满足非宇航级SRAM工艺FPGA空间单粒子效应造成的数据出错的需求，采用定期回读校验和配置刷新的方式进行单粒子翻转bit纠正，使用EDAC编码和校验，实现对缓存数据的防护设计，保证数据在空间单粒子下的正确性。本专利技术的有益效果是：通过上述方案，使用Flash型FPGA引导实现对SRAM型FPGA配置项动态加载，在实际使用时，即使当前有任务功能正在运行时，仍可通过上注指令至Flash型FPGA，进行不同任务功能切换重构。附图说明图1是本专利技术一种微小卫星星载计算机的示意图。图2是本专利技术一种微小卫星星载计算机的三模功能原理图。图3是本专利技术一种微小卫星星载计算机的可重构与容错功能机理图。具体实施方式下面结合附图说明及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。如图1至图3所示，一种基于FPGA可重构与可容错的微小卫星星载计算机，包括可编程SOC单元104、FLash型FPGA103、配置存储器的NORFlash组101、电源电路模块102、DDR3的SDRAM105和接口模块组，所述NORFlash组101与所述FLash型FPGA103输入输出双向连接，所述电源电路模块102分别与所述FLash型FPGA103、可编程SOC单元104连接，为所述FLash型FPGA103、可编程SOC单元104供电，所述FLash型FPGA103与所述可编程SOC单元104输入输出双向连接，所述可编程SOC单元104分别与所述DDR3的SDRAM105、接口模块组输入输出双向连接，所述可编程SOC单元104采用硬核ARM处理器+SRAM型FPGA架构，由Flash型FPGA103引导加载NorFlash组101中的配置文件，与所述可编程SOC单元104的硬核ARM处理器进行通讯，实现对所述可编程SOC单元104的SRAM型FPGA整个程序空间的动态加载。如图1至图3所示，所述接口模块组包括CAN接口模块106，RS422接口模块107、PC104接口模块108、AD/DA接口模块109。如图1至图3所示，可编程SOC单元104内集成有NORFlash硬核控制器，可外扩NorFlash存储配置文件进行配置启动，还有CAN硬核控制器与UART硬核控制器。其中FPGA部分可设计接口时序控制电路，对外连接PC104、AD/DA采集接口。其中ARM内核用于动态重构控制，指令的分发以及载荷管理。如图1至图3所示，Flash工艺FPGA由于其抗辐射性能较好，稳定性高，对单粒子事件不敏感，作为SOC单元配置文件加载的控制器、SOC单元状态监控及系统对外通信接口监控的工作单元。如图1至图3所示，NORFlash作为启动与配置存储器，使用三片在物理上进行三模冗余，设计安全保护策略，保证配置文件的安全。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微小卫星星载计算机，其特征在于：包括可编程SOC单元、FLash型FPGA、配置存储器的NOR Flash组、电源电路模块、DDR3的SDRAM和接口模块组，所述NOR Flash组与所述FLash型FPGA输入输出双向连接，所述电源电路模块分别与所述FLash型FPGA、可编程SOC单元连接，为所述FLash型FPGA、可编程SOC单元供电，所述FLash型FPGA与所述可编程SOC单元输入输出双向连接，所述可编程SOC单元分别与所述DDR3的SDRAM、接口模块组输入输出双向连接，所述可编程SOC单元采用硬核ARM处理器+SRAM型FPGA架构，由Flash型FPGA引导加载NorFlash组中的配置文件，与所述可编程SOC单元的硬核ARM处理器进行通讯，实现对所述可编程SOC单元的SRAM型FPGA整个程序空间的动态加载。/n

【技术特征摘要】
1.一种微小卫星星载计算机，其特征在于：包括可编程SOC单元、FLash型FPGA、配置存储器的NORFlash组、电源电路模块、DDR3的SDRAM和接口模块组，所述NORFlash组与所述FLash型FPGA输入输出双向连接，所述电源电路模块分别与所述FLash型FPGA、可编程SOC单元连接，为所述FLash型FPGA、可编程SOC单元供电，所述FLash型FPGA与所述可编程SOC单元输入输出双向连接，所述可编程SOC单元分别与所述DDR3的SDRAM、接口模块组输入输出双向连接，所述可编程SOC单元采用硬核ARM处理器+SRAM型FPGA架构，由Flash型FPGA引导加载NorFlash组中的配置文件，与所述可编程SOC单元的硬核ARM处理器进行通讯，实现对所述可编程SOC单元的SRAM型FPGA整个程序空间的动态加载。


2.根据权利要求1所述的微小卫星星载计算机，其特征在于：所述接口模块组包括CAN接口模块，RS422接口模块、PC104接口模块、AD/DA接口模块。


3.根据权利要求1所述的微小卫星星载计算机，其特征在于：所述NORFlash组为启动与配置存储器，使用三组NORFlash组在物理上进行三模冗余，设计安全保护策略，保证配置文件的安全。


4.根据权利要求3所述的微小卫星星载计算机，其特征在于：采用Flash型FPGA提供故障容错加固支持，在其上构建三模配置存储控制系统，对加载到可编程SOC单元的配置文件进行三模防护。


5.根据权利要求4所述的微小卫星星载计算机，其特征在于：在FLash型FPGA上设计三模控制器，对外部硬件三备份的NorFlash组进行配置文件读写控制，当Flash型FPGA接收到启动信号后，从三个配置Flash相同地址中读取配置文件，经过三模接收控制单元后进行表决，将正确配置项输出，并记录错误信息返回。


6.一种微小卫星星载计算机的可重构实现方法，其特征在于：采用权利要求1所述的微小卫星星载计算机进行以下步骤：
1）上电初始化，此时Flash型FPGA与配置存储器的NorFlash组上电启动与初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：何波，刘云飞，吴志远，彭佳文，蒲卫华，黄维达，
申请(专利权)人：深圳航天东方红海特卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44