一种遥感相机磁性随机存储器的控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种存储器控制系统，特别是一种遥感相机磁性随机存储器的控制系 统，属于遥感相机存储技术领域。
【背景技术】
[0002] 现有遥感相机中使用的外部存储器主要是PROM、SRAM、FLASH、DDR等半导体器件， 其中，PR0M和SRAM协同操作，操作复杂，并且它们的容量很小，一般只有32Mb大小，主要用 于存储相机工作的执行参数；FLASH和DDR的存储容量大，主要用于存储遥感相机观测地面 的图像数据或者相机工作的执行参数，但是它们的读写控制比较复杂。在深空探测中，容易 受到宇宙射线的伤害，这些宇宙射线主要包括太阳质子事件和银河系宇宙射线，遥感相机 设计时必须要考虑器件对于这些宇宙射线的抗干扰能力，而PROM、SRAM、FLASH、DDR这些器 件都是半导体器件，由于自身材料的局限性，它们对于宇宙射线的抵抗能比较差，在深空探 测中容易受到宇宙射线的撞击，发生单粒子效应（SEE，Single Event Effects)，造成器件 内部逻辑错误，甚至造成器件不可逆的损坏，这些问题严重影响到遥感相机的发展以及可 靠性应用。为了提高遥感相机在轨运行的可靠性，使用磁性随机存储器代替传统的半导体 材质的存储器。
[0003] 磁性随机存储器（MagneticRandomAccessMemory，MRAM)是一种利用具有高度 敏感的磁电阻材料所制造的存储器，同时也是一种新颖的非挥发性存储器。MRAM的存储元 采用磁隧道结的结构存储数据，有固定磁层、薄绝缘隧道隔离层和自由磁层组成，当对磁隧 道结施加偏压时，被磁层极化的垫子会通过一个叫做穿结的过程，穿透绝缘隔离层；当自由 磁层的磁矩与固定层平行时，存储元处于低阻态，当自由磁层与固定磁层反向平行时，存储 元处于高电阻态，也就是说电阻的变化同电子的自旋极化隧穿输运相关。MRAM通过检测存 储元的电阻的高低，来判断所存的数据是〇还是1。
[0004] 磁性随机存储器（MRAM)是以磁电阻材料为传输介质的存储器，这种材料本身对 单粒子翻转免疫，且具有高速度、高密度、低功耗、低操作电压、读写操作次数不受限制等 优点，与DRAM相比同样是高密度，但是MRAM具有读取无破坏性，无需消耗能量进行刷新， 可以延长便携式电子设备的电池寿命；与FLASH同样是非易失性的器件，但MRAM还具备 写入和读取速度快的优点，并具有承受无限次读写循环的能力；在嵌入式设计规格方面， DRAM，SRAM必须通过增加芯片面积设计规格来保证生产的合格率，而MRAM拥有磁性隧道结 (MagneticTunnelJunction，MTJ)特殊设计，不须增加芯片面积，因此，MRAM被公认为是极 具发展潜力的新一代内存，将有机会取代SRAM，DRAM，FLASH等半导体内存，特别在遥感卫 星领域，迫切需要抗辐射能力强、读写操作方便、低功耗、高密度、大容量、不限次数擦写的 存储器，所以，鉴于磁性随机存储器自身的特性，对于磁性随机存储器在遥感卫星中应用的 研究是非常有必要的。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种遥感相机磁性随机 存储器的控制系统，该控制系统通过上位机发送配置指令，经过MRAM操作配置信息解析 器、MRAM地址生成器、PR0M数据读取模块、MRAM时序控制器，产生控制MRAM所需的控制信 号，将PR0M中的目的数据，准确地写入外部磁性随机存储器MRAM;并准确地读取MRAM内的 数据；完成对MRAM内部全部存储空间的读写操作，遍历空间大小为8MX32bit，实现对MRAM 全部存储空间是否存在坏区的检查以及完成对MRAM写入数据是否正确的检查，具有低功 耗、高集成、容量大、抗辐照性能好、可靠性高的优点，最大程度上满足了遥感相机存储器控 制的需求。
[0006] 本发明的技术解决方案是：遥感相机磁性随机存储器的控制系统，包括:MRAM操 作配置信息解析器、MRAM地址生成器、PR0M数据读取模块、MRAM时序控制器、随机码生成 器、测试校验器和报告输出控制模块；
[0007] 所述MRAM操作配置信息解析器接收外部传来的配置指令，对配置指令译码后得 到指令码；将指令码中的读控制信号、写控制信号、工作模式选择信号、数据对象选择信号、 测试读取模式选择信号、地址有效使能、地址段初始地址和地址段终止地址发送到MRAM地 址生成器；同时，将写控制信号、工作模式选择信号和数据对象选择信号发送给PR0M数据 读取模块，从FPGA的外部存储器PR0M中读取数据，合成所需要的数据，写入到MRAM内部； 将读控制信号、写控制信号、工作模式选择信号和数据对象选择信号发送给随机码生成器， 将读控制信号和写控制信号发送给MRAM时序控制器；
[0008] 所述PR0M数据读取模块接收MRAM操作配置信息解析器输出的写控制信号，依据 PR0M的控制时序输出PR0M的控制信号和PR0M工作时钟，并接收从外部存储器PR0M发送来 的串行数据，将串行数据拼接为32bit数据输出；
[0009] 所述MRAM地址生成器根据接收到的MRAM操作配置信息解析器发送来的信号，生 成配置指令所对应的MRAM地址，并将MRAM地址和地址有效标识传送给MRAM时序发生器； 当对MRAM进行写操作时，所述MRAM时序控制器接收MRAM操作配置信息解析器发送的写控 制信号，以及MRAM地址生成器输出的MRAM地址和地址有效标识，生成MRAM写操作的时序 控制信号，所述写操作的时序控制信号包括MRAM片选信号、MRAM写使能信号、MRAM存储地 址以及需要写入MRAM的数据；当对MRAM进行读操作时，MRAM时序发生器接收MRAM操作配 置信息解析器发送的读MRAM控制信号和MRAM地址生成器输出的MRAM地址和地址有效标 识，生成MRAM读操作的时序控制信号，发送给外部磁性随机存储器MRAM，所述读操作的时 序控制信号包括MRAM片选信号、MRAM读使能信号、MRAM访问地址；
[0010] 所述随机码生成器接收MRAM操作配置信息解码器发送来的信号，选择编码形式， 生成随机码和随机码有效标识输出给MRAM时序控制器，MRAM时序控制器将随机码按照 MRAM的写入时序，写到指定的MRAM的存储空间内；
[0011] 所述测试校验器完成正常工作模式下的校验、顺序序列码的校验或伪随机码的校 验，将错误信息和错误信息标识发送给报告输出控制模块；
[0012] 所述报告输出控制模块接收测试校验器发送的错误信息和错误信息标识，通过串 口发送给上位机。
[0013] 所述MRAM操作配置信息解析器包括串行通讯模块、指令校验模块和指令译码器；
[0014] 所述串行通讯模块接收上位机传来的配置指令，得到指令码，指令校验模块接收 串行通讯模块发送的指令码，经过和校验，将正确的指令码发送给指令译码器；指令译码器 接收发送来的经过校验的指令码，从指令码中提取出该控制系统的控制信息作为下级模块 的控制信号，所述控制信息包括控制系统的工作模式选择信号、读控制信号、写控制信号、 测试读取模式选择信号、地址段初始地址和地址段终止地址；
[0015] 所述工作模式包括正常工作模式和测试模式，其中正常工作模式是指从外界存储 器PR0M中读取数据，根据上位机发送的信息码，将数据写入到MRAM对应的地址空间中，或 读取MRAM中的数据到FPGA中；测试模式是指根据上位机发送的指令，读取MRAM中相应地 址的数据到FPGA中，与写入到MRAM中的源数据进行对比，并将对比结果通过串口显示在上 位机中；
[0016] 所述测试模式包括正常存储数据的正确性测试、顺序序列码存储的正确性测试和 伪随机码存储的正确性测试；其中存储数据正确性的测试包括多帧测试与单帧测试；
[0017] 所述上位机发送的指令码中包括9种MRAM地址码信息，根据MRAM地址码信息选 择MRAM的地址范围，实现对MRAM的分段控制。
[0018] 所述PR0M数据读取模块包括PR0M时序逻辑模块、PR0M控制信号逻辑模块、PR0M 采集数据逻辑模块和数据拼接模块；
[0019] 所述PR0M时序逻辑块根据PR0M工作时钟参数对外部时钟进行分频，得到时钟分 频计数和PR0M工作时钟个数计数，将时钟分频计数和PR0M工作时钟个数计数发送给PR0M 控制信号逻辑模块和PROM采集数据逻辑模块，并接收MRAM操作配置信息解析器发送的 MRAM写控制信号、工作模式选择信号和数据对象选择信号，选择对应的工作模式和数据对 PR0M进行读操作；
[0020] PR0M控制信号逻辑模块根据访问PR0M空间大小参数，确定访问PR0M的时间，根 据访问PR0M的时间和PR0M工作时钟个数计数产生PR0M工作的片选使能信号和PR0M输出 有效信号，并根据接收到的时钟分频计数和PR0M工作时钟个数计数确定PR0M工作时钟信 号；
[0021] PR0M采集数据逻辑模块接收RP0M输出的内部存储数据，利用时钟分频计数和 PR0M工作时钟个数计数确定数据采集位置，并将采集到的数据通过移位寄存器放入到 PR0M采集数据逻辑模块内部的数据存储单元中，输出8bit中间数据给数据拼接模块；
[0022] 所述数据拼接模块对接收到的8bit中间数据进行数据拼接，生成