用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置制造方法

用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置，用于对星载扩频应答机的通信处理模块进行监测和纠正，其特征在于，所述监测及纠正装置包括：反熔丝FPGA电路，用于对通信处理模块的配置信息进行回读、回读信息比对、重载判断，并向所述与门逻辑电路发送第一重载信号；看门狗电路，用于根据所述通信处理模块发送的喂狗信号，向所述与门逻辑电路发送第二重载信号；与门逻辑电路，用于将接收到的第一重载信号和第二重载信号进行相与的逻辑运算，并根据相与的结果向所述通信处理模块发送重载使能信号。
【专利说明】用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置
【技术领域】
[0001]本发明属于航天宇航产品的抗单粒子翻转加固设计【技术领域】，具体涉及一种用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置。
【背景技术】
[0002]扩频应答机在航天测控中起了异常重要的纽带作用，接收上行测量信号完成测距、测速功能，接收上行遥控信号，转发下行遥测信号和下行测量信号。扩频应答机的主要功能由通道信号处理模块实现，通道信号处理模块功能由基于静态随机存储器(StaticRAM, SRAM)的大规模600万门现场可编程门阵列(Field — Programmable Gate Array,FPGA)XQR2V6000-4CF1144H 完成。
[0003]SRAM型FPGA是一种以采用CMOS工艺的SRAM结构为存储单元的FPGA，具有容量大、开发成本低、开发周期短等优点，宇航用SRAM型FPGA还具有一定的抗总剂量辐射能力，并对单粒子闩锁免疫，因此，SRAM型FPGA在航天电子系统设计中得到了广泛的应用。但是，SRAM型FPGA对于高能粒子入射所引发的单粒子翻转效应敏感。单粒子翻转发生在FPGA内部配置存储器，可能导致FPGA内部逻辑功能发生改变，并可能直接影响电子系统功能的实现。因此，SRAM型FPGA应用于空间辐射环境中时必须采取一定的防护措施，以保证电子系统功能不受单粒子翻转的影响。对FPGA内部配置存储器进行回读比对就是一种有效的抗单粒子翻转措施。
[0004]目前在轨运行的星载扩频应答机应用基于SRAM型百万门宇航级FPGA，不采取系统级的程控指令复位措施，单机会发生单粒子翻转引起的性能指标下降，甚至部分功能失效。扩频应答机作为星地间通信的桥梁，必须在单机方案设计中采取有效的措施，确保星地通信功能正常。

【发明内容】

[0005]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置，具体的技术方案如下:
一种用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置，用于对星载扩频应答机的通信处理模块进行监测和纠正，其特征在于，所述监测及纠正装置包括:
反熔丝FPGA电路，用于对通信处理模块的配置信息进行回读、回读信息比对、重载判断，并向所述与门逻辑电路发送第一重载信号；
看门狗电路，用于根据所述通信处理模块发送的喂狗信号，向所述与门逻辑电路发送第二重载信号；
与门逻辑电路，用于将接收到的第一重载信号和第二重载信号进行相与的逻辑运算，并根据相与的结果向所述通信模块发送重载使能信号。
[0006]作为优化方案，所述反熔丝FPGA电路进一步包括:
指令解析模块，用于将外部输入指令解析后输出给回读控制模块；所述外部输入指令包括回读允许指令、回读禁止指令、复位指令；
CRC校验模块，用于缓存所述回读信息并对回读信息进行CRC校验计算，与预置CRC校验值进行比对，并将校验结果输出给回读控制模块；
回读控制模块，用于根据外部输入指令设置对应的状态；回读允许状态下每隔预设时间间隔对所述通信处理模块发送回读控制信号开始回读，根据所述校验结果判断是否重载，将所述第一重载信号发送给所述与门逻辑电路；回读禁止状态下停止发送回读控制信号的操作；复位状态下所有存储信息清零，所有配置复位并停止工作，将第一重载信号发送给所述与门逻辑电路；实时将回读控制模块中指令响应情况以及当前的工作状态写入遥测返回模块；
遥测返回模块，用于将包括指令响应情况以及当前的工作状态在内的工作信息发送给所述通信处理模块；
以及，计时器模块，用于计时并每隔预设时间间隔对所述回读控制模块写入一次回答允许信号。
[0007]作为优化方案，所述通信处理模块包括一 FPGA电路和PROM芯片；
所述FPGA电路，产生持续的时钟信号作为看门狗电路的喂狗信号，支持回读功能，接收重载使能信号，从所述PROM芯片中读取程序配置文件；
PROM芯片，存储程序配置文件，为一次性熔断的工作模式。
[0008]一种单粒子翻转故障的监测及纠正方法，用于对星载扩频应答机的通信处理模块进行监测和纠正，其特征在于，所述监测及纠正方法包括如下步骤:
A:反熔丝FPGA电路对通信处理模块的配置信息进行回读、回读信息比对、重载判断，并向所述与门逻辑电路发送第一重载信号；
B:看门狗电路根据所述通信处理模块发送的喂狗信号，向所述与门逻辑电路发送第二重载信号；
C:与门逻辑电路将步骤A发送的第一重载信号和步骤B第二重载信号进行相与的逻辑运算，并根据相与的结果向所述通信模块发送重载使能信号。
[0009]作为优化方案,所述步骤A具体为:
反熔丝FPGA电路根据外部输入指令设置状态信息并响应操作；
在回读允许状态下:反熔丝FPGA电路对通信处理模块的配置信息进行回读，获得回读信息；将所述回读信息进行CRC校验计算，与预置CRC校验值进行比对，获得比对结果；当比对结果为正确时，向与门逻辑电路发送的第一重载信号为高电平，不重载；当比对结果为错误时，向与门逻辑电路发送的第一重载信号为低电平，重载；
在回读禁止状态下:反熔丝FPGA电路停止回读控制信号及第一重载信号发送的操作； 在复位状态下:回读信息清零，所有配置复位、停止回读操作并第一重载信号。
[0010]作为优化方案，所述步骤B具体为:
看门狗电路接收通信处理模块发送的喂狗信号，如果所述喂狗信号发送正常，向与门逻辑电路发送的第二重载信号为高电平，不重载；如果所述喂狗信号发送异常，向与门逻辑电路发送的第二重载信号为低电平，重载。
[0011]作为优化方案，所述步骤C具体为:
与门逻辑电路将所述步骤A发送的第一重载信号和所述步骤B第二重载信号进行相与的逻辑运算，获得重载使能信号；将重载使能信号发送给所述通信处理模块；当重载使能信号为高电平，即为不重载；当重载使能信号为低电平，即为重载。
[0012]作为优化方案，所述反熔丝FPGA电路实时将包括指令响应情况以及当前的工作状态在内的工作信息发送给所述通信处理模块。
[0013]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
本发明能够实现对星载扩频应答机通信处理模块的监测，及时发现并纠正高能粒子入射所引发的单粒子翻转，有效避免了单粒子翻转引起的星载扩频应答机性能指标下降或部分功能失效等问题，确保了星地通信功能正常。本发明具有很好的通用性，涉及的监控软件具有良好的可移植性。其次，本发明可以应用于宇航型号同类单机产品的设计开发，提高单机的抗单粒子翻转能力，满足在轨长期加电工作的任务需求，并且能够有效的缩短设计开发周期和成本。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为本发明的原理组成框图；
图2为本发明的反熔丝FPGA电路实现功能框图；
图3为本发明的单粒子监测和纠正功能实现的逻辑框图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。
[0016]如图1所示，一种用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置，用于对星载扩频应答机的通信处理模块进行监测和纠正，其特征在于，所述监测及纠正装置包括:
反熔丝FPGA电路，用于对通信处理模块的配置信息进行回读、回读信息比对、重载判断，并向所述与门逻辑电路发送第一重载信号；
看门狗电路，用于根据所述通信处理模块发送的喂狗信号，向所述与门逻辑电路发送
第二重载信号；
与门逻辑电路，用于将接收到的第一重载信号和第二重载信号进行相与的逻辑运算，并根据相与的结果向所述通信模块发送重载使能信号。
[0017]一种单粒子翻转故障的监测及纠正方法，用于对星载扩频应答机的通信处理模块进行监测和纠正，其特征在于，所述监测及纠正方法包括如下步骤:
A:反熔丝FPGA电路对通信处理模块的配置信息进行回读、回读信息比对、重载判断，并向所述与门逻辑电路发送第一重载信号；
B:看门狗电路根据所述通信处理模块发送的喂狗信号，向所述与门逻辑电路发送第二重载信号；
C:与门逻辑电路将步骤A发送的第一重载信号和步骤B发送的第二重载信号进行相与的逻辑运算，并根据相与的结果向所述通信模块发送重载使能信号。
[0018]该装置与星载扩频应答机的通信处理模块安装在同一印制板上，实现对通信处理模块的SRAM型FPGA电路工作运行状态监测及纠正，当监测到SRAM型FPGA电路的程序配置区发生翻转，立即进行程序重配置即所述重载，使SRAM型FPGA电路恢复到正常的工作状态。
[0019]本实施例中的看门狗电路采用的是IS9-705RH-Q型号看门狗电路，反熔丝FPGA电路选用ACTEL公司的A54SX72A-CQ208B型号产品，能够满足宇航型号正样装机使用要求。
[0020]如图2所示,本实施例中反熔丝FPGA电路进一步包括:
指令解析模块，用于将外部输入指令解析后输出给回读控制模块；所述外部输入指令包括回读允许指令、回读禁止指令、复位指令；
CRC校验模块，用于缓存所述回读信息并对回读信息进行CRC校验计算，与预置CRC校验值进行比对，并将校验结果输出给所述回读控制模块；
回读控制模块，用于根据外部输入指令设置对应的状态；回读允许状态下每隔30分钟对所述通信处理模块发送回读控制信号开始回读，根据所述校验结果判断是否重载，将所述第一重载信号发送给所述与门逻辑电路；回读禁止状态下停止发送回读控制信号，发送的第一重载信号为不重载；复位状态下所有存储信息清零，所有配置复位，发送的第一重载信号为重载；实时将回读控制模块中指令响应情况以及当前的工作状态写入遥测返回模块；
遥测返回模块，用于将反熔丝FPGA电路的工作信息以二进制编码输出给所述通信处理模块；所述工作信息又具体包括:是否允许回读、是否发生单粒子翻转以及CRC比对出错次数。
[0021]以及，计时器模块，用于计时，本实施例设定为并每隔30分钟对所述回读控制模块写入一次回答允许信号。
[0022]所述回读控制信号包括片选信号和使能信号。
[0023]以下结合图2、图3来描述本实施例中所述装置的具体工作方法。
[0024]反熔丝FPGA电路中的指令解析模块将外部输入指令解析为对应的时序。
[0025]本装置的工作状态由外部输入指令决定:当外部输入指令为复位时，本装置工作在复位状态；当外部输入指令为回读禁止指令时，本装置工作在回读禁止状态；当外部输入指令为回读允许指令时，本装置工作在回读允许状态，且在首次设置回读允许状态时立即将启动回读信号置高电平一次。
[0026]其中，禁止回读指令的优先级高于允许回读指令。
[0027]当装置处于复位状态时，清零CRC校验模块中缓存的回读信息，反熔丝FPGA电路中所有配置复位，停止发送回读控制信号，发送的第一重载信号为重载。此时不管看门狗电路是否出现异常，与门逻辑电路都会发出低电平的使能信号PR0G_B，使通信模块的SRAM型FPGA电路重载。
[0028]当装置处于回读禁止状态时，与复位状态一样停止发送回读控制信号，发送的第一重载信号为不重载，但对CRC校验模块中缓存的回读信息不清零，及反熔丝FPGA电路中的配置不复位。此时仅靠看门狗电路对星载扩频应答机的通信处理模块进行监测，只有当喂狗信号出现异常导致看门狗电路发送低电平的第二重载信号时，与门逻辑电路才会发出低电平的使能信号PR0G_B，使通信处理模块的SRAM型FPGA电路重载。
[0029]当装置处于回读允许的状态时,满足回读条件a、b时开始回读:
回读条件a，通信模块的SRAM型FPGA电路输出done信号为高电平；
回读条件b，启动回读信号为高电平。[0030]首次设置为允许回读状态时，立即将回读控制模块中的启动回读信号置高电平一次。
[0031]开始回读，计时器开始计时，之后每隔30分钟产生一个时钟信号发送给回读控制模块，使回读控制模块将启动回读信号置高电平一次。
[0032]所述通信模块的SRAM型FPGA电路输出done信号为高电平，即为重载成功；重载失败时done信号保持为低电平，SRAM型FPGA电路自动再次重载直到重载成功。SRAM型FPGA电路首次通电便立即读取PROM中存储的程序配置文件，此时首次完成重载成功，done?目号为闻电平。
[0033]开始回读，首先回读控制模块给SRAM型FPGA电路发送回读控制信号，SRAM型FPGA电路开启回读进程；将此时SRAM型FPGA电路的内部配置信息作为所述回读信息存入CRC校验模块中；CRC校验模块对回读信息计算相应的CRC校验值，与预置CRC校验值进行比对；比对结果输出给回读控制模块。
[0034]当比对结果为正确，即SRAM型FPGA电路未出现单粒子翻转，内部配置未出错，回读控制模块输出的第一重载信号为高电平，不重载。
[0035]当比对结果为错误，即SRAM型FPGA电路出现了单粒子翻转，内部配置出错，回读控制模块输出的第一重载信号为低电平，重载。
[0036]回读允许状态下与门逻辑电路输出的使能信号PR0G_B为所述第一重载信号和第
二重载信号相与的结果。 [0037]遥测返回模块实时将反熔丝FPGA电路的工作信息输出给SRAM型FPGA电路，SRAM型FPGA电路将反熔丝FPGA电路的工作信息与其自身的工作状态整合后发送给数字量遥测米集单兀。
[0038]本发明具有很好的通用性，涉及的监控软件具有良好的可移植性。本发明可以应用于宇航型号同类单机产品的设计开发，提高单机的抗单粒子翻转能力，满足在轨长期加电工作的任务需求，并且能够有效的缩短设计开发周期和成本。
[0039]以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此。任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置，用于对星载扩频应答机的通信处理模块进行监测和纠正，其特征在于，所述监测及纠正装置包括: 反熔丝FPGA电路，用于对通信处理模块的配置信息进行回读、回读信息比对、重载判断，并向所述与门逻辑电路发送第一重载信号； 看门狗电路，用于根据所述通信处理模块发送的喂狗信号，向所述与门逻辑电路发送第二重载信号； 与门逻辑电路，用于将接收到的第一重载信号和第二重载信号进行相与的逻辑运算，并根据相与的结果向所述通信处理模块发送重载使能信号。
2.如权利要求1所述的一种用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置，其特征在于，所述反熔丝FPGA电路进一步包括: 指令解析模块，用于将外部输入指令解析后输出给回读控制模块；所述外部输入指令包括回读允许指令、回读禁止指令、复位指令； CRC校验模块，用于缓存所述回读信息并对回读信息进行CRC校验计算，与预置CRC校验值进行比对，并将校验结果 输出给回读控制模块； 回读控制模块，用于根据外部输入指令设置对应的状态；回读允许状态下每隔预设时间间隔对所述通信处理模块发送回读控制信号开始回读，根据所述校验结果判断是否重载，将所述第一重载信号发送给所述与门逻辑电路；回读禁止状态下停止发送回读控制信号，发送的第一重载信号为不重载；复位状态下所有存储信息清零，所有配置复位，发送的第一重载信号为重载；每隔预设时间间隔将回读控制模块中指令响应情况以及当前的工作状态写入遥测返回模块； 遥测返回模块，用于将包括指令响应情况以及当前的工作状态在内的工作信息发送给所述通信处理模块； 以及，计时器模块，用于计时并每隔预设时间间隔对所述回读控制模块输出一次回读允许信号。
3.如权利要求1所述的一种用于星载扩频应答机单粒子翻转故障的监测及纠正装置，其特征在于，所述通信处理模块包括一 FPGA电路和PROM芯片； 所述FPGA电路，产生持续的时钟信号作为看门狗电路的喂狗信号，支持回读功能，接收重载使能信号，从所述PROM芯片中读取程序配置文件； PROM芯片，存储程序配置文件，为一次性熔断的工作模式。
4.一种单粒子翻转故障的监测及纠正方法，用于对星载扩频应答机的通信处理模块进行监测和纠正，其特征在于，所述监测及纠正方法包括如下步骤: A:反熔丝FPGA电路对通信处理模块的配置信息进行回读、回读信息比对、重载判断，并向所述与门逻辑电路发送第一重载信号； B:看门狗电路根据所述通信处理模块发送的喂狗信号，向所述与门逻辑电路发送第二重载信号； C:与门逻辑电路将步骤A发送的第一重载信号和步骤B第二重载信号进行相与的逻辑运算，并根据相与的结果向所述通信处理模块发送重载使能信号。
5.如权利要求4所述的一种单粒子翻转故障的监测及纠正方法，其特征在于，所述步骤A具体为:反熔丝FPGA电路根据外部输入指令设置状态信息并响应操作； 在回读允许状态下:反熔丝FPGA电路对通信处理模块的配置信息进行回读，获得回读信息；将所述回读信息进行CRC校验计算，与预置CRC校验值进行比对，获得比对结果；当比对结果为正确时，向与门逻辑电路发送的第一重载信号为高电平，不重载；当比对结果为错误时，向与门逻辑电路发送的第一重载信号为低电平，重载； 在回读禁止状态下:反熔丝FPGA电路停止发送回读控制信号，发送的第一重载信号为不重载； 在复位状态下:所有存储信息清零，所有配置复位并停止发送回读控制信号，发送的第一重载信号为重载。
6.如权利要求4所述的一种单粒子翻转故障的监测及纠正方法，其特征在于，所述步骤B具体为: 看门狗电路接收通信处理模块发送的喂狗信号，如果所述喂狗信号发送正常，向与门逻辑电路发送的第二重载信号为高电平，不重载；如果所述喂狗信号发送异常，向与门逻辑电路发送的第二重载信号为低电平，重载。
7.如权利要求4或5或6所述的一种单粒子翻转故障的监测及纠正方法，其特征在于，所述步骤C具体为: 与门逻辑电路将所述步骤A发送的第一重载信号和所述步骤B第二重载信号进行相与的逻辑运算，获得重载使能信号；将重载使能信号发送给所述通信处理模块；当重载使能信号为高电平，即为不重载；当重载使能信号为低电平，即为重载。
8.如权利要求4所述的一种单粒子翻转故障的监测及纠正方法，其特征在于，所述反熔丝FPGA电路实时将包括指令响应情况以及当前的工作状态在内的工作信息发送给所述通信处理模块。
【文档编号】G06F11/07GK104021051SQ201410248359
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】吴涛, 方轶, 高磊, 李春萍 申请人:上海航天电子通讯设备研究所