基于三模冗余综合电子系统的研究.doc

浙江大学硕士学位论文基于三模冗余综合电子系统的研究姓名：陈江渝申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：王慧泉;金仲和2013-03-09 综 合电 子 系 统 是 皮卫 星 的 数 据 和指令 枢 纽，承 担 皮卫 星 数 据 处 理 、数 据 存 储 、数 据 传输及 指令 收 发、响应 等重 要 任务 ，是 皮卫 星 的 核 心 组 成部分。 皮卫 星 综 合电 子 系 统 大 都 采 用 高 性 能 商用 处 理 器，其 性 能 一般都 能 满足系 统 需求 ，可 靠 性 是皮卫 星 综 合电 子 系 统 研 究 的 重 点。 三 模 冗 余是 提高 系 统 可 靠 性 的 一种 常 用 方法 ，通 常 有 基 于时钟 同 步和 基 于任务 同 步两 种 途 径 实 现 。 相对 于任务 同 步，基 于时钟同 步的 三 模 冗 余系 统 降 低 了 软件 设 计 复 杂 度，具 有 更好 通 用 性 ，无 疑 是 皮卫 星 综合电 子 系 统 的 首 选 。 图 目录图 目录图 皮 星臕卫 星星第 一天在 轨温度 数 据 曲线 图 图 “实践 四 号 ”卫 星单 粒子翻 转次 数 统 计图 三 模冗 余系 统 框 图 图 综 合电 子系 统 各 模块 间 关系 示 意 图 图 数 据 处 理模块 框 图 图 隨 连 接示 意 图 一图 时钟图 复 位芯 片 原 理图 图 复 位芯 片 调 试 结 果图 联 合调 试 图 高 低温实验 图 时钟同 步实验 原 理框 图 图 拥有 巨大 应 用 潜 力 。在 军 事领域 ， 可 利 用 皮卫 星 完 成 空间目 标成 像 、 电 子 侦察 及干 扰 与 目 标拦 截等 ； 在 民用 领域 ， 皮卫 星 可 用 于新技 术在 轨 试验 、 应 急救 援 、 抢准 猄 ， 温度 每 升 高 。 缱 悠 骷 驶 嵯 嘤黾 个数 量级。 象 进 行了 研 究， 试验 涉及的存 储 器包括 器件上 都 发 现了 多 位 翻转 ， 较 低密度 的 发 生 多 位 翻转 的几 率 相 对 较 高密度 的 更高 】 。表 和 表 分别 给 出 了 卫 星 和 卫 星 存 储 器在 轨 单 粒 子翻转 的情 况 。 卫 星 存 储 器件在 轨 单 粒 子 翻转 情 况 。 。 卫 星 存 储 器件在 轨 单 粒 子 翻转 情 况 。 图 “实 践四号 ”卫 星 单 粒 子 翻转 次数 统计 皮卫 星 作为一 种 新 型 的航天 器，星 上 电子设 备 研 制面 临 航天 器所 共有 的工 作环 境 复杂 和 硬 件不 可 维 护两 大难 题 。 工 作环 境 复杂 主要 表 现 为周期 性 、 较 大范 围的温差 和 空 间 辐 射 效 应 ；不 可 维 护是 指卫 星 一旦 发 射 入 轨 ，将 很 难 对 其 硬 件进 行维 护。 因 此 可 靠性 高 低 是 皮卫 星 成败的关 键 ，对 星 上 电子设 备 可 靠性 设 计 技 术进行 研 究对 皮卫 星 研 制来 说 具有 非常重要 的意义 。 本论 文 的研究意 义及 主要 的研究内容 次 数低 和 系统长 寿 命 之间 的矛 盾 。 小结 基 于 三模冗 余 的综 合 电 子系 统 方案 设计 时钟 同步 三模冗 余 系 统 的设计 要 求及 其实 现 本 节主要介绍 皮卫 星工 程 应用对 综 合电子 系 统 的 需求 ， 皮卫 星应用需求 包 括根 据 皮卫 星应用任务需 求 ， 综 合电子 系 统 需提 供不 小 于 次 左右擦 写 ， 因 此 可 恢 复 。 另 外 ， 本 文 研 究 的 三 模冗 余 技 术就是用于 降 低 单粒子 效 应导 致处理 器 的随 机错 误 对 系 统 的 影 响 。其他 分 系 统 对 综 合电子 系 统 的 要求 及 其实 现可 测 试性要求 及 其实 现为 提 高综 合电子 系 统 的 可 测 试性， 设 计 中 预 留多 个接 口 用于 测 试。 中 预留了 路 坪 路 用于 调 试。 每片 袅 个 冢 个 口 以及 路 口 用于 调 试。技 术可 以大大提 高系 统 可 靠 性。 基于 三 模 冗余的 综 合 电 子 系统 设 计图 综 合 电 子 系统 各模 块 间 关 系示 意 图 基于 三 模 冗余的 综 合 电 子 系统 方 案设 计如 图 所 示 。 数据处 理 模 块 时 钟设 计 蠨 加载程 序存 储。加载 电 平 有 效； 猈 狣 为 数据线 的 高 缓偷 位 的 片选 ， 实 际通 信过 程 中最长 。一 、 二二 甠 猒 ! 一 、刚 晰二 誓 憾 巫喇 齭 诘 氖 敝 有 藕 牛 渌 藕 趴勺飨 嗤 恚珻 为冗余判图 冗余判定 设 计 框图 状 态 操 作 ： 疎 赋值 为高阻状 态 ； 诮 胄 茨绞 保 雡 状 态 ； 庇 行 保 琧 J 技剖 坏 盓 效时 ， 开 始 计 数；状 态 转 换 ： 当 、 、 的 计 数值 至 少有 一 个 等 于 时 ， 进 入 状 态 操 作 ： ； ； 当 狢 和 庇 行 保 琧 J 技剖 坏 盓 猈 同 时 有 效时 ， 开 始 计 数；当 狢 和 猈 同 时 有状 态 操 作 ：误 的 数据写 入 存 储单 元。 效时 ， 开 始 计 数；状 态 转 换 ： 当 狢 、 狢 和 狢 都无 效时 ， 进 入 状 态 ；上 述 冗余判决单 元的 设 计 ， 有 一 定 的 限 制条 件 ： 诘 膕 、 和 状 态 的 时 间 配 作 时 存 放 本 次 写 操 作 中 将 要 写 出 的 数据， 捍 婷 凶 刺 拇 嫫鳎 罕 甓 鼻 案没捍 娲 诿 蛘 呦 凶 刺 盌 或 者会 根 据 捍 胬锏 个 寄 存 器的 值 完 成 相 应 的 写 操 作 ， 写 操 作 完 成 后 通 过 中 断 告 基 于 三模冗 余 的综 合 电 子系 统 方案 设计量又 较小 ，不 能满 足 要 求 。 因此使用 两 片 容量为 的 储器件，使用 铁 电 存储器作为 缓 存，以 减少 系 统 对 纳 杓颇 鼙 词 片 存储器出现 故障 ，系 基于 三 模 冗余的综合 电 子 系 统实现 片 、 珻 通 过 后产 生 缪 梗 璍 产 生 奈 榷 缪 固 峁 鳧 基 于 三模 赣 嗟淖 酆 系缱 酉低 撤 桨干 鐷本 章分析了 三模冗 余系统 和 度工 程 应 用 的需 求，根 据需 求提 出 了 综 合 电 果 如 表 所示 。 由表 可知 各供 电 电 路 输 出 满 足 要 求，工 作正 常。表 供 电 链路 测 试结 果芯 片 及 编 号 升降 压 压 口， 给 系 纾 鼸 口向 扩 展 内 存 拇 娲 占 淠诿 课恍 慈 ，。迎 哆： 栩 舐 袸 口】、篿 自 动加 载 后， 釉 爻 晒 懔 亮似媸 嗪臠 灯 ，即 迪 至薙 加 载 ，虚拟 隨 主机的 调 试： 鼸 接 蛐槟 釪 的 寄 存器 写 入“将 所有 空间里写 入 并读出 的 所有 数据”的 相 关 命 令 ，该 虚拟 隨 主机相 连 接 ， 骰 氪 鳶 接 的 相 连 接 。 此后，又 用 “ ”、“从 ”、“ ”分 别 进行 测试，结果 表明 ，虚拟 隨 主机工 作 正 常 。“以 波 特 率 连 续 通 过 主机发 送 这 组 数据”的 ”； 在 作 正 常 ，满 足 设 计 需求 。 露 却 衅 骱蚏 芯片调 试复 位 芯片原理图如 图 所 示，照 设 计 要求 通 过 开 关 鳸低 电 平 时， 磐 笔涑 龅 偷 缙 剑 业 盡 攀 淙 敫 叩 缙 胶 螅 琑 脚将 持 表 综 合电 子系 统 读 出 电 源 分 系 统 的 采 样结 果测试 结 果 图 是 整星 联合调 试 照片 。 时钟 同 步 试 验设 计后 进 入 状 态 ， 进 入 语 句 。 状 态 ： 加 载 状 态 ， 对 进 行程 序加 载 ；加 载 完 成 状 态 ： 鯠 同 步 运 行状 态 ， 同 时向 鯠 发送 外 部 中 断 唤 醒 广 图 时钟 同 步 实验原理 框 图时迎砒。载 成 功 外 部 中 断 到达丫 馐敝 油 紻 软件设 计 框 图 时钟 同 步 试验及 结 果 三模 冗余 系统 片外 时 钟同步实验测 试 点 内 部的架 构 ，目前无 法对 其 进行 分析 ，也 无 法用 实 验对 其 进行 验证 。 隕 口 通信 无 法验 证外 ，其他原 因时时钟不 同步 的 原 因 。 小结 电 子 系 统 方 案 设 计 及 硬件 实 现 。经测试表 明设 计