星载计算机空间环境事件容错方法技术

星载计算机空间环境事件容错方法，主要包括存储器单粒子翻转的处理、空间辐照引起的芯片内部寄存器变化容错、空间辐照引起的部分电路失效容错。对于存储器的单粒子翻转，星载计算机通过对存储区加EDAC校验，定期对存储区读写进行容错。对于空间辐照引起的芯片内部寄存器变化，星载计算机对未用中断进行保护；对工作模式寄存器，采用定期循检，若不为期望值则重新初始化；对与总线发送消息相关的寄存器，每次发送消息前重新对存储器进行赋值。对于空间辐照引起的部分电路失效，采用故障RAM存储器芯片的替换、总线接口芯片故障检测与切换、CPU芯片故障检测与切换进行容错。本发明专利技术方法可以有效提高星载计算机发射和在轨运行的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种星载计算机容错方法。技术背景航天器在整个发射过程和运行过程中，由于空间环境、航天器特性等各种各样的原因会出现各种空间环境事件，不加以处理会引起卫星系统功能的失效甚至崩溃，因此应当采取措施应对这些异常状况，使卫星能够继续正确、稳定的运行，从而保障整个卫星系统的稳定的运行和服务。空间环境事件主要包括存储器单粒子翻转；空间辐照引起的芯片内部寄存器变化；空间辐照引起的部分电路失效等。存储器单粒子翻转会导致星上软件或FPGA运行结果错误，甚至软件的跑飞跑死。空间辐照引起的芯片内部寄存器变化，会导致航天器某些芯片的功能异常，进而影响功能的实现。空间辐照引起的部分电路失效，主要是指单粒子闩锁后引起的部分电路失效。目前，星载计算机空间环境异常事件的容错方法尚未得到系统的研究。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种星载计算机空间环境事件的容错方法，以此建立一种适用于星载计算机设计的空间环境事件容错策略，提高星载计算机发射和在轨运行的可靠性。本专利技术的技术解决方案是，步骤如下(1)星载计算机初始上电运行后，首先检测星载计算机软件是否可以正常启动； 若星载计算机软件可以启动，则由星载计算机软件以固定周期喂软件看门狗，星载计算机软件正常运行；若星载计算机软件无法启动或者星载计算机软件以固定周期喂软件看门狗失败，则复位电路向星载计算机提供复位信号，星载计算机重新开始运行；若星载计算机连续三次无法正常启动，则切换至备份星载计算机；(2)星载计算机软件正常运行后，向所有RAM发送读写信号；若有RAM区读写不正常，则星载计算机通过软件配置，使用备份RAM替换读写不正常的RAM ；(3)星载计算机软件正常运行时，周期性的向各总线终端发送轮询总线消息，当所有总线终端都不通时，星载计算机软件向星载计算机发送切机信号，星载计算机切换至备份机；(4)星载计算机软件正常运行时，对所有实际使用的中断源允许，同时屏蔽其它中断源；当星载计算机响应中断时，首先对中断源进行确认，当中断不是来自实际使用的中断之一时，重新对中断屏蔽寄存器进行初始化；(5)星载计算机软件正常运行时，对总线驱动芯片中处于工作状态的寄存器数值是否发生变化进行定期检查，若有寄存器的数值发生变化，则星载计算机重新初始化该寄存器及相关寄存器；同时，对于仅在部分时间有效的寄存器状态，在每次到达有效时间时对这些寄存器重新赋值；(6)星载计算机软件正常运行时，利用汉明码对每个内存地址的数据计算校验和，并将校验和进行存储；星载计算机周期对每个内存地址的数据进行检查，当发现校验单 bit错误时，进行纠错；当发现两bit或以上错误时，对星载计算机进行复位，重新启动。本专利技术与现有技术相比的优点在于(1)本专利技术星载计算机空间环境事件的容错方法主要针对空间环境引起的特殊事件，分不同的方法来进行容错，可以有效提高星载计算机在轨运行的可靠性；(2)采用星载计算机软件实现本专利技术星载计算机空间环境事件的容错，可以提高卫星的自主管理能力；(3)本专利技术星载计算机空间环境事件的容错方法在硬件支持下，可主要采用软件完成星载计算机的检错、容错，原理简单、实现容易，可维护性强，适用于绝大多数卫星，可推广性强。附图说明图1为本专利技术方法的流程框图；图2为本专利技术方法的具体容错内容组成图；图3为本专利技术实施例中星载计算机硬件配置图。具体实施例方式本专利技术星载计算机空间环境异常事件的容错是利用星载计算机的软硬件资源，根据空间环境事件的不同类型，进行不同的处理；同时又能满足星载计算机的重量、功耗受限的要求。如图1所示，本专利技术方法针对空间环境引起的单粒子翻转、单粒子闩锁等事件进行不同类型的容错，适用于大多数航天器的应用，可以提高卫星设备的在轨自主能力和可靠性。主要包括存储器单粒子翻转的处理、空间辐照引起的芯片内部寄存器变化容错、空间辐照引起的部分电路失效容错三个方面，如图2所示。(1)存储器单粒子翻转的处理对于存储器的单粒子翻转，星载计算机通过对存储区加EDAC校验，通过定期读写来对存储区进行校验。由于EDAC校验码的特点是“检一纠二”，即当发生单bit错时可以纠错，当发生双bit或多bit错时无法纠错，仅能报错。因此星载计算机硬件设计有存储器的EDAC校验电路，每当EDAC校验未通过时，软件会产生一个中断，软件在中断中通过读取 EDAC校验状态，判断是单bit错还是多bit错，如果是单bit错则通过读取数据的重写来纠正存储器中的单bit错，如果是双bit错则通过软件自主复位来消除双bit错的影响。(2)空间辐照引起的芯片内部寄存器变化芯片内部寄存器是芯片在设计之初，为方便使用而留给用户的接口，寄存器的不同数值会引起芯片工作模式、主要功能的变化。空间辐照引起的芯片内部寄存器变化，会引起星载计算机正常功能执行不正确。星载计算机针对芯片内部寄存器的变化主要采用以下几种手段对未用中断进行保护，防止中断相关寄存器变化引起的不确定中断；对工作模式寄存器，采用定期循检，若不为期望值则重新初始化；对与总线发送消息相关的寄存器，每次发送消息前重新对存储器进行赋值。(3)空间辐照引起的部分电路失效空间辐照引起的部分电路失效，主要是指单粒子闩锁后引起的部分电路失效。星载计算机针对部分电路采用了故障隔离与系统重构机制，消除部分电路单粒子闩锁的影响。主要有故障RAM存储器芯片的替换、总线接口芯片故障检测与切换、CPU芯片故障检测与切换。星载计算机采用备份冗余策略，当某块RAM芯片无法正常读写时，切换为备份RAM ； 当总线接口芯片或CPU芯片异常后，自主切换为备份机。本专利技术方法的主要步骤如下(1)星载计算机初始上电运行；(2)检测星载计算机软件是否可以正常启动，若启动，则由软件固定周期喂狗，软件正常运行；否则，软件无法喂狗，复位电路向星载计算机提供复位信号，星载计算机重新开始运行；若连续3次无法正常启动，则切向备份星载计算机。(3)星载计算机软件运行后，向所有RAM发送读写信号，若有RAM区读写不正常，则说明RAM由于不明原因被破坏。此时星载计算机软件则通过配置，使用备份RAM。(4)星载计算机运行后，周期性向各总线终端发送轮询总线消息，当所有总线终端都不通时，证明总线驱动芯片由于某种原因损坏。此时星载计算机软件向星载计算机发送切机信号，星载计算机切备份机，使用另一片总线驱动芯片。(5)星载计算机运行时，对所有实际使用的中断源允许，屏蔽其它中断源。当星载计算机响应中断时，首先对中断源进行确认，当中断不是来自实际使用的中断之一时，说明中断屏蔽寄存器发生单粒子翻转，重新对中断屏蔽寄存器进行初始化。(6)星载计算机运行时，对总线驱动芯片中处于工作状态的寄存器数值是否发生变化进行定期检查，当发生变化时，说明该寄存器受到单粒子的影响。此时，星载计算机重新初始化该寄存器及相关寄存器。(7)星载计算机运行时，有一些寄存器的状态仅在部分时间有效，在每次需要使用这些寄存器时对它们重新赋值，消除在此之前这些寄存器可能受到的单粒子影响。(8)星载计算机运行时，利用汉明码对每个内存地址的数据计算校验和，并将校验和存储起来。星载计算机周期对每个内存地址的数据进行检查，当发现校验单bit错误时 (即单粒子翻转)，进行纠错；当发现多b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翟君武，陶利民，李林，汪路元，唐自新，李伟，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：