一种检测微处理器抗单粒子事件能力的探测器及方法技术

本发明专利技术涉及空间探测技术领域，特别是一种检测微处理器抗单粒子事件能力的探测器及方法。探测器包括：监控系统板、试验板、电源板。方法包括：监控部分：１）控制作为传感器的被测微处理器的复位；２）定期接收作为传感器的被测微处理器送来的数据；３）接收由被测微处理器自测试得到的单粒子事件数据；４）通过限流器，采集被测系统的工作电流；５）送单粒子事件记录数据给遥测系统。被测微处理器部分：１）监测被测微处理器内部寄存器和数据存储器的单粒子翻转事件；２）捕获由于单粒子翻转导致的程序走飞；３）送单粒子事件记录数据给监控系统；４）定时送预定数据给监控系统，表明系统运行正常。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间探测
，特别是。
技术介绍
单粒子事件是空间单个高能粒子，包括重离子、高能质子、高能电子或中子轰击微电子器件，导致微电子器件逻辑功能翻转或器件损坏的事件，主要有单粒子翻转事件和单粒子锁定事件。单粒子翻转是高能带电粒子在半导体芯片中的电离作用而造成的数据位翻转。单粒子锁定是高能带电粒子引起的电子元器件死锁。随着微电子器件在航天工程中得到越来越广泛的应用，以及微电子器件的集成度越来越高，单粒子事件对航天工程的威胁也越来越大，所带来的后果是严重的。计算机系统在航天工程往往担负着非常重要任务，CPU又是计算机的心脏，如其发生单粒子翻转事件，必将导致程序走向混乱，使计算机无法正常工作，所以现在迫切需要解决的现实问题就是如何防止计算机电路芯片发生单粒子事件。从航天工程的角度应该选用抗单粒子事件能力较强的CPU，并采取必要的对策及防护措施，减少单粒子事件的发生几率，避免发生锁定现象，提高航天器的可靠性，延长航天器工作寿命，最终实现提高航天器效益的目的，就成为当务之急。目前，国内第一个16位微处理器1750A已研制完成，由于是新产品，有待于通过试验来验证其抗辐照能力。为此，设计了这种检测1750A抗单粒子事件能力的探测器，如其试验结果能够满足航天工程对器件抗辐照能力的要求，可将其提供给航天部门作为对CPU进行选型的参考。目前，验证CPU抗辐照能力的探测仪器，往往只是通过使用硬件电路监测CPU地址线的方法来测试单粒子事件，而且这种方法也仅仅局限于测试单粒子翻转事件。本专利技术则是将软硬件验证方法相结合，在软件设计中加入了软件防护措施。利用此种方法既简化了硬件电路设计，又有效地减少了通常仅用被测CPU对其自身寄存器测试漏测的单粒子事件，从而达到了既监测单粒子事件，又验证软件防护措施有效性的目的。并且在本专利技术中，通过使用限流器监测被测CPU系统工作电流的方法，更有效的测试了单粒子锁定事件。本专利技术可通过地面模拟试验和装载在卫星上进行在轨试验相结合的方法来验证CPU的抗单粒子事件能力，试验充分，数据详尽，其试验数据可作为航天部门对CPU进行选型的重要参考。而且本专利技术的设计通用性较高，只需稍加改动，即可用于检测其它类别CPU的抗单粒子事件能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。特别是一种结合软件防护措施检测微处理器1750A抗单粒子事件能力的探测器，通过将此探测器装载在卫星上或进行地面模拟试验，获得该器件的单粒子翻转事件几率和计算机系统发生单粒子锁定的测量结果，试验数据可作为航天部门对CPU进行选型的参考。本专利技术设计的关键有两方面一是CPU单粒子事件的测试方法；二是软件防护措施及其有效性测试。本专利技术完全是按照制作航天仪器的要求进行设计的，所采用元器件除试验器件外，其余均选用军品器件。为了有效降低单CPU自测试由于运行自测试程序带来的检测误差，该仪器CPU单粒子翻转测试采用被测试的CPU自测试系统与一个外部的计算机监视控制系统相结合，辅以软件防护措施的综合测试方法。即该探测器由2套CPU子系统组成，它们分别是监测控制CPU(目前采用的CPU是80C31)子系统，及被测CPU子系统，即国产1750A系统。探测器通过装载在卫星上或进行地面模拟试验来检测国产16位微处理器1750A抗单粒子事件能力。整个探测器由机箱、底板、一块屏蔽板，三块功能模块，即监控系统板、试验板、电源板组成。监控系统板由80C31微处理器、程序存储器、数据存储器、地址锁存器、地址译码器、逻辑控制、A/D转换器，I/O接口及看门狗电路等组成，用于对被测系统(传感器)进行监测记录、数据管理和控制，通过总线连接。试验板由被测微处理器1750A、程序存储器、数据存储器、地址锁存器、地址译码器、逻辑控制、看门狗电路、与监控80C31子系统的接口电路等组成。电源板由电源模块、电源滤波、继电器、限流器等组成。检测微处理器抗单粒子事件能力的探测器，监控系统板还包括遥测接口和开关控制接口，通过遥测接口连接于外部数据接收系统，并通过开关控制接口连接于电源板。开关控制接口连接于电源板的继电器。电源板分别连接于监控系统板和试验板。电源板的限流器连接于试验板和监控系统板的电流监测电路。附图说明为了进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合附图详细说明如后，其中图1是本专利技术的探测器工作原理框图；图2是本专利技术的探测器监控部分程序流程图；图3是本专利技术的探测器被测微处理器系统程序流程图；图4是本专利技术的探测器电源系统电原理图。具体实施例方式如图1所示，本系统中一片被测微处理器1750A，与装有加保护措施程序的程序存储器(PROM)，数据存储器(RAM)及其它外围电路构成一个系统，作为监测单粒子翻转的传感器；一片80C31微处理器、程序存储器(PROM)、数据存储器(RAM)、A/D转换器及其他外围电路构成监控部分，此部分被安装在屏蔽板后，屏蔽板为厚度3mm的铝板，该屏蔽板起到隔离辐射保护监控系统的作用。作为监控部分的80C31系统工作步骤如下参见图2。步骤S2-1，控制作为传感器的被测微处理器的复位；步骤S2-2，定期接收作为传感器的被测微处理器送来的数据，并比较其输出的结果是否与预期的相同，如果在限定时间内未收到或收到错误的数据，则认为被测系统受到单粒子事件影响程序运行混乱，便记录下此时的时间，并计算出由单粒子事件造成系统错误的累计计数(自开机开始累计)，并对被测微处理器实施复位操作，如连续30次无应答则判定被测芯片彻底失效，此时将彻底关闭被测系统，不再进行复位操作；步骤S2-3，接收由被测微处理器自测试得到的单粒子事件数据，包括有死机、自动复位和内部寄存器、数据存储器RAM单元发生单粒子翻转，以及利用必要的软件防护措施纠正的程序走飞的单粒子事件，如监测出上述情况，系统将记录下此时的时间，并计算出被测系统发生单粒子事件的累计计数，区分出事件类型，并将该记录事件的数据包保存在数据存储器RAM中，等待由遥测接口送出；步骤S2-4，通过限流器，采集作为传感器的被测系统的工作电流，如电流过大不正常，即有可能发生单粒子锁定事件，系统此时将每隔1秒采集一次电流值，连续采三次，并计算出由单粒子事件造成系统错误的累计计数，并将三个电流值连同累计计数、标识码、发生事件的时间、该事件的类别表示码一起形成一个数据包，保存在数据存储器RAM中，等待由遥测接口送出；同时通过继电器对被测微处理器系统进行关闭重新启动操作，如进行重新启动操作30次，电流仍不正常，则可能有器件损坏，此时将彻底关闭被测系统，不再进行重启操作；步骤S2-5，由遥测接口送单粒子事件记录数据给遥测系统，此遥测系统在地面试验时为地面测试接收设备，装星时即为卫星远程终端数据控制系统。此过程由监控系统CPU中断响应来完成，即由遥测系统发送数据选通信号使监控系统80C31CPU产生一外部中断，监控系统CPU便暂停监测工作，开始向遥测系统发送数据，完成后继续监测。被测微处理器系统工作步骤如下参见图3。步骤S3-1，自测试被测微处理器内部寄存器和数据存储器RAM的单粒子翻转事件；步骤S3-2，捕获由于单粒子翻转导致的程序走飞，并通过软件防护措施纠正其程序恢复正常，软件防护措施有效减少了通常仅用被测CPU对其自身寄存器测试漏测的单粒子事件，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测微处理器抗单粒子事件能力的探测器，由监控系统板、试验板、电源板组成，其特征在于，监控系统板包括：微处理器、程序存储器、数据存储器、地址锁存器、地址译码器、逻辑控制、Ａ／Ｄ转换器，Ｉ／Ｏ接口及看门狗电路，用于对被测系统进行监测记录、数据管理和控制，通过总线连接；试验板包括：被测微处理器、程序存储器、数据存储器、地址锁存器、地址译码器、逻辑控制、看门狗电路、与监控系统的接口电路；电源板包括：电源模块、电源滤波、继电器、限流器；监控系统板通过数据总线与试验板连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王晶，孙越强，朱光武，王世金，梁金宝，乔万里，陶鹏，袁庆智，杜起飞，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]