一种星载相控阵TR组件单粒子翻转防护方法与流程

本发明涉及一种星载相控阵tr组件单粒子翻转防护方法，属于星载相控阵天线技术领域。

技术背景

单粒子翻转是针对逻辑器件和逻辑电路的带电粒子辐射效应。单个空间高能带电粒子轰击到大规模、超大规模集成电路中微电子器件的芯片时，会引起逻辑器件或电路的瞬时逻辑错误或硬错误，比如存储器单元存储的数据发生翻转(“1”翻到“0”或“0”翻到“1”)而造成数据处理错误、电路逻辑功能混乱等。相控阵天线是通过波控系统控制其tr组件中寄存器数据实现波束的不同指向，如果tr组件内部的寄存器出现数据翻转时，会导致相控阵天线波束指向，从而影响相控阵天线的在轨应用。

目前，星载相控阵天线tr组件的单粒子翻转防护措施往往集中在器件级，例如对tr组件内部的寄存器采用三模冗余、定时刷新等措施。由于相控阵tr组件内部往往包含成千上万个寄存器数据，采用三模冗余措施会在tr组件内增加数量巨大的寄存器，不但增加了相控阵天线的研制成本，同时也对相控阵天线的体积、重量、功耗带来极恶略影响，非常不利星载应用；由于相控阵天线波束指向会实时变化，tr组件内部定时刷新芯片需要具备快速存储大量配置数据的能力，这不但会导致tr组件内部电路设计及其复杂，同时定时刷新芯片本身的抗单粒子设计也非常复杂，也不利于星载应用。因此为有效提升星载相控阵天线tr组件的单粒子翻转防护能力，必须从系统层面设计入手，避免tr组件单粒子翻转对相控阵天线整机设计造成影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种星载相控阵tr组件单粒子翻转防护方法，该方法具有自主监测单粒子翻转能力，可以主动触发上级设备(波控系统)对tr组件刷新，使得上级设备(波控系统)刷新策略更灵活，针对性更强。

实现本发明的技术方案如下：

一种星载相控阵tr组件单粒子翻转防护方法，具体过程为：

步骤一、波控系统计算得到tr组件各寄存器状态数据后对其进行奇校验编码，将编码后的数据发送至tr组件；

步骤二、tr组件内部设置的寄存器奇校验模块根据接收的数据进行奇校验；

步骤三、当波控系统在检测到某个tr组件输出校验结果为错误时，立刻中断当前工作启动应急数据异常维护机制，即波控系统调度资源立刻对故障tr组件寄存器数据进行重新计算和配置，确保tr组件寄存器中单粒子翻转问题及时解决。

进一步地，本发明所述波控系统中还设计了资源调度算法和tr组件寄存器自主数据维护函数，具体运行过程为：

当波控系统处于常规工作模式的空闲时段时，资源调度算法根据当前工作模式的空闲周期t1，获得数据维护步进k和上次数据维护标记n，tr组件寄存器自主数据维护函数对第n至(n+k-1)个tr组件的数据进行计算和重新配置，完成即返回正常工作状态。

进一步地，当(n+k-1)小于tr组件数量l时，对第n至(n+k-1)个tr组件的寄存器数据进行计算和重新配置，同时将tr组件数据维护标记更新为(n+k)；当(n+k-1)大于l时，对第n至l个tr组件和第1至(n+k-1-l)个tr组件的数据进行重新计算和配置，同时将tr组件数据维护标记更新为(n+k-l)。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

第一，相比传统的器件级单粒子防护方法，本发明比三模冗余存储节约存储空间，也无需设计复杂的三取二表决算法，简化了tr组件的设计复杂度，降低了体积、成本和功耗，使得tr组件更适合星载应用。

第二，传统的器件级单粒子防护方法采用被动刷新机制，上级设备(波控系统)无刷新决策，仅能进行对tr组件进行刷新。与之不同，本发明tr组件具有自主监测单粒子翻转能力，可以主动触发上级设备(波控系统)对tr组件刷新，使得上级设备(波控系统)刷新策略更灵活，针对性更强。

第三，传统器件级单粒子防护方法对被刷新tr组件不做区分，每次刷新需要就全部tr组件进行盲刷，降低了故障恢复的效率。与之不同，本发明采用tr组件自检结果作为数据维护策略决策依据，可以更准确、高效的定位单粒子故障发生的位置，同时采用应急策略实时对故障tr组件进行维护，单粒子防护的实时性更好，效率更高，抗风险能力更强。

第四，与传统器件级单粒子防护方法相比，本发明给出的单粒子故障恢复策略和数据维护策略更灵活，同时具有对tr组件自检故障导致的错误进行二级保护的措施，因此具有更可靠和更高效的特点。

第五，传统单粒子防护方法采用一次全刷模式，刷新时间长且容易导致上级设备(波控系统)正常工作中断，本发明刷新模式为根据不同工作模式设计不同的刷新步进，将刷新工作穿插在上级设备(波控系统)空闲时间进行，不会导致上级设备工作模式中断。

附图说明

图1为本发明单粒子翻转防护方法的流程图；

图2为实例一的单粒子翻转防护方法的流程图；

图3为tr组件内奇校验模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

由于星载相控阵tr组件中寄存器的数据和状态一般都由相控阵天线波控系统运算获得，本发明设计了一种星载相控阵tr组件单粒子翻转防护方法，该方法通过在波控系统中设计采用了数据异常应急维护和常规空闲数据维护并用的机制，确保对发生单粒子翻转的tr组件寄存器中数据进行维护，尤其在单粒子翻转错误发生时，可以及时、有效的恢复tr组件寄存器中的数据。

如图1所示，具体的实现过程如下：

步骤一、波控系统计算获得tr组件各寄存器状态数据后对其进行奇校验编码，将编码后的数据发送至tr组件中；

步骤二、tr组件内部设置的寄存器奇校验模块根据接收的数据进行奇校验；当根据接收的数据进行奇校验结果正确时，自检模块输出为正确标识，例如该标识可以为0，当奇校验结果错误时，自检模块输出为错误标识，例如该标识可以为1；

步骤三、当波控系统在检测到某个tr组件输出校验结果为错误标识时，例如为1时，立刻中断当前工作启动应急数据异常维护机制，即波控系统调度资源立刻对故障tr组件寄存器数据进行重新计算和配置，确保tr组件寄存器中单粒子翻转问题及时解决。

本发明当波控系统处于常规工作模式的空闲时段时，根据当前工作模式的空闲周期t1，查表计算本次tr组件寄存器自主数据维护函数维护的数据量，根据资源调度算法查表获得数据维护步进k和上次数据维护标记n，tr组件自主数据维护函数对第n至(n+k-1)个tr组件的数据进行计算和重新配置，完成即返回正常工作状态。表1是一个简单的数据维护资源调度表。

表1数据维护资源调度表

本发明利用数据异常应急维护机制解决tr组件寄存器中奇数个单粒子翻转问题；利用常规空闲数据维护机制解决tr组件寄存器中偶数个单粒子翻转问题；确保所有单粒子翻转问题都可及时尽快得到解决。

实例一：

本发明基于星载相控阵tr组件单粒子翻转防护方法，如图2所示，工作流程如下：

(1)波控系统完成系统初始化，tr组件单粒子标记清0，tr组件数据维护标记初始化为0。

(2)波控系统计算得到tr组件各寄存器状态数据后对其进行奇校验编码，然后将编码后的数据发送给tr组件。

(3)tr组件将收到的编码数据送至对应寄存器，并采用tr组件内部设置的寄存器奇校验模块进行自检，如图3所示。

(4)tr组件奇校验模块将自检结果与波控系统送来的状态数据进行比较，若自检结果一致，对外输出0，否则，输出1。

(5)波控系统逐个读取tr组件的自检结果，若正常，全为0，则跳转至(7)，否则，进入(6)。

(6)将tr组件单粒子标记置1，启动波控系统中断，波控系统进入数据应急刷新模式；波控系统读取单检异常的tr组件id并完成当前模式下该组件寄存器数据的计算和编码；波控系统调用数据维护函数，对自检异常的tr组件的寄存器数据进行重新配置；数据维护完毕后，退出中断，恢复原程序现场；将当前tr组件单粒子标记清0，跳转至10。

(7)波控系统处于常规工作模式，检测波控系统是否处于空闲时段，若是则波控系统进入常规空闲数据维护机制，波控系统检测当前工作状态，确定空闲周期t1。

(8)波控系统读取数据维护资源查找表，根据工作周期t1确定当前空闲周期可维护资源k，读取tr组件数据维护标记n，调用数据维护函数，当n+k-1小于tr组件数量l时，对第n至n+k-1个tr组件的寄存器数据进行计算和重新配置；当n+k-1大于l时，对第n至l个tr组件和第1至n+k-1-l个tr组件的数据进行重新计算和配置。

(9)波控系统完成本次常规空闲数据维护后，当n+k-1小于tr组件数量l时将tr组件数据维护标记更新为n+k，当n+k-1大于l时将tr组件数据维护标记更新为n+k-l，跳转至10。

(10)波控系统回到常规工作模式，等待下一次空闲时段。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。