双模冗余器载计算机设计与实现

器载计算机是航天器电气系统的重要组成部分,其可靠性对航天器能否完成任务至关重要。为了保证航天器上计算机在出现故障时仍能正常工作,对双机冗余器载计算机的体系结构、切换策略、判别准则等内容进行了研究,在保留主份机与双机切换电路、备份机与双机切换电路之间的状态工作信号的基础上,通过在主份机、备份机之间新增加一个状态工作信号,提出了一种改进的自主切换策略。实践表明,运用改进的自主切换策略,在双机切换电路中的自主切换模块出现故障时仍能实现自主切换,同时将比较器设计为软件,采用软件表决、软件选通的思路,消除了硬件比较器的关键单点故障,这些容错设计改进能有效地提高器载计算机系统的可靠性,对高可靠器载计算机设计与实现具有较好的工程参考意义。     

基于SRAM型FPGA的实时容错自修复系统设计方法

为提高辐射环境中电子系统的可靠性,提出了一种基于SRAM型FPGA的实时容错自修复系统结构和设计方法。该设计方法采用粗粒度三模冗余结构和细粒度三模冗余结构对系统功能模块进行容错设计;将一种细粒度的故障检测单元嵌入到各冗余模块中对各冗余模块进行故障检测;结合动态部分重构技术可在不影响系统正常工作的前提下实现故障模块的在线修复。该设计结构于Xilinx Virtex誖-6 FPGA中进行了设计实现,实验结果表明系统故障修复时间和可靠性得到显著提高。     

三模冗余中局部重构及模块同步技术研究

传统的三模冗余方法仅能容错,无法进行故障修复,当两个模块出错时系统将无法正常工作;采用局部动态可重构技术虽然可以修复故障,但修复后的模块与其他模块状态不同步,无法立即工作,需等待系统完成当前任务后重新同步,在同步前如果另有模块发生故障,系统仍将无法工作。本文对三模冗余系统中的模块同步方法进行了研究,当某一故障模块被重构修复后,可以迅速与其他模块同步,尽快加入系统工作,避免因故障积累造成的系统失效。该方法可以有效缩短冗余模块从故障修复到重新加入系统工作之间的等待时间,大大提高三模冗余的可靠性。     

基于微包协议的三模冗余容错计算机无缝重构算法

提出了一种基于微包传输协议的系统重构算法,制定了系统重构命令协议,设计了关键数据区的一致性管理算法.不需增加额外的硬件资源和系统开销,利用三机之间的数据交换通道,即可实现三模冗余容错计算机的无缝重构,保证系统在故障恢复重构时工作的连续性.同时,完善的重构命令协议使得重构软件的开发可以采用面向对象思想构成标准化的中间件,具有很强的扩展能力,为构建标准化嵌入式三模冗余容错计算机内核奠定了良好的技术基础.     

某机磁心主存运行情况

某机磁心主存储器共有九个模体,其中一个作为动态冗余设备,其工作方式可分成模8、模4、模2、模1等4种方式。通常机器以模8方式工作,只有当2个以上模体出现故障,且不能及时修复时才降级使用。由于该机     

基于自主诊断重构技术的航天器故障检测系统设计

传统航天器故障检测系统姿态定位能力较差,导致不能突破阈值,准确实现检测,且传统系统不具备重构能力;为解决上述问题,基于自主诊断重构技术,提出了一种故障检测的新方法,优化设计了航天器故障检测系统的硬件和软件部分,硬件设计采用EEC-I型检测器,为保证检测器的运行,对检测器的电压与电流范围进行了设置;设计采用MATLAB的数据采集器,选用Telnet接入端口,实现采集器的通信,确保数据的顺利采集;采用FIR滤波器,为保证信号的完整性对通带和阻带进行设置;设计采用4NIC-UPS27型号一体化不间断电源为航天器故障检测系统提供动能;软件设计基于自主诊断重构技术的航天器故障检测系统流程,运用小波网络算法对航天器的姿态角数据进行分析,预测航天器的姿态角的安全阈值,最后利用残差数据分布概率模型进行航天器故障诊断;实验结果表明,设计的基于自主诊断重构技术的航天器故障检测系统能够很好地从X、Y、Z三个轴进行检测,确定不同方位的航天器故障,在设定阈值后,提出的检测系统能够很好地分析阈值,实现残差突破,同时具备路线重构能力。     

多模冗余可重构计算机可靠性研究

为了以最小代价提高多模可重构计算机的可靠性,需要结合系统体积功耗等因素,对不同计算机体系结构的可靠性进行评估;首先,针对三模冗余、三热一冷以及四模热备这几种不同冗余可重构计算机体系结构,给出了他们的故障状态转移图;其次,运用马尔可夫模型理论,对这些计算机结构进行可靠性建模;第三,根据上述3种系统的可靠性模型,在考虑失效率和维修率两个参数对系统可靠性影响的情况下,对各结构的可靠性指标进行了评价;结果表明,三热一冷的可靠性大于三模冗余,而小于四模热备;但综合考虑系统的可靠度、体积、功耗等因素后,在这几种形式的表决系统中,三热一冷是最优的;同时,设计完善的三模可重构系统可靠度会比一个设计不合理的四模可重构系统要高。     

一种基于Flash型FPGA的高可靠系统设计

本文以星载测控系统为背景.提出了一种基于Actel Flash FPGA的高可靠设计方案.采用不易发生单粒子翻转的Flash FPGA芯片,结合FPGA内部的改进型三模冗余、分区设计和降级重构,实现了高实时、高可靠的系统.     

基于三模冗余架构的航天器FPGA可靠性设计

为提高航天器FPGA设备的可靠性,提出基于三模冗余架构的航天器FPGA可靠性设计。根据FPGA架构的基础连接原理,设计处理单元、配置单元、射频单元与双闭环电路组织,完成航天器FPGA的拓扑结构研究。在此基础上,连接总线通信串口,按照数据缓存的队列请求,控制总线状态机的既定化状态,完成航天器FPGA结构的传输转换。分别调试关键器件FPGA、复位航天芯片、整星联合三项,实现三模冗余架构的特性分析,完成基于三模冗余架构的航天器FPGA设计。实验检测结果表明,随着设备航行时间的增加,MPPT、SPPT指标的最大数值均占比70%以上,航天器FPGA的高可靠属性得以有效保持。     

基于抗辐照龙芯的星载计算机容错启动研究

将硬件冗余、检错纠错和刷新技术相结合,设计了一种以龙芯1E处理器为核心且使用FLASH存储引导程序的新型容错星载计算机结构。在对存储器进行冗余备份的基础上,采用硬件EDAC和刷新技术提高了存储器数据的可靠性。基于这种新型硬件结构设计,分析了星载计算机的可靠性,并提出了一种星载计算机高可靠容错启动方案。该方案通过利用硬件冗余资源和软件备份屏蔽了存在故障的存储芯片及出错软件,从而引导星载计算机正常启动。实验结果表明,该方案有效地屏蔽了常见的星载计算机启动故障,提高了星载计算机的可靠性。     

一种高可靠的工业级星载计算机及其引导设计

传统星载计算机通常采用价格昂贵的高质量等级CPU和存储器芯片,用于保证系统的可靠性;因制造成本和研制周期等方面的限制,商业卫星计算机更倾向于采用商业现货器件(COTS),但其可靠性和安全性会随之降低;采用工业级SmartFusion2处理器芯片,提出一种低成本的星载计算机最小系统架构,并通过工业级存储器异构备份的方式,显著提高系统可靠性;在星载计算机软件设计中,应用软件会采用三模冗余的方式提高可靠性,但引导软件往往只有单份;为了避免引导软件的单节点故障效应,针对SmartFusio2星载计算机架构,提出一种基于多TMR副本的片外启动方法,此启动方法可进一步提高工业级星载计算机的可靠性和安全性,并成功用于多个型号商业卫星。     

二模冗余MIPS处理器的设计与实现

基于二模冗余技术和FPGA动态部分可重构技术设计了一种二模冗余MIPS处理器。处理器可以在不中断系统运行的同时,使用动态可重构技术修复系统故障;通过对系统内部重要模块设置冗余逻辑,保证了系统的稳定性。这两种技术的使用使得本处理器与其他处理器相比具有更高的可靠性和更长的寿命。处理器系统在Xilinx公司XC5VLX110T开发板的上板测试结果表明,此处理器能正常运行。     

可靠性技术在星载计算机设计中的应用

结合星载计算机的开发,从FMECA、抗辐照设计、ESD防护、结构力学设计与分析、热设计与分析、可靠性预计等方面阐述了星载计算机设计过程中的可靠性设计与分析方法。     

基于COTS器件的高费效比商业卫星计算机研究

对国内外基于COTS(Commercial Off-The-Shelf)器件的商业卫星计算机进行了研究。针对商业卫星公司对卫星可靠性、运算性能、成本控制、研发周期等要求和实际空间运行环境,分析了目前国内外商用卫星的设计模式和特点,提出一种基于汽车级COTS器件的商业卫星单板计算机系统。在可靠性设计上采用了EDAC、双核Lock-Step等技术,选用单粒子免疫的器件的MRAM和反熔丝FPGA,在保证计算机系统安全性、可靠性、成本控制和运算性能的同时,避免了多核或多处理器冗余加固方案导致的额外软件开发成本,缩短产品研发周期。研究对基于COTS器件的商业卫星计算机的可靠性设计有一定参考价值。     

星载计算机系统可靠性研究

小卫星上的星载计算机系统的研究是向着高性能、低功耗、重量轻、体积小并具有信息处理自主性以及有容错功能的高可靠的计算机体系结构发展。本文就星载计算机系统的可靠性及提高其可靠性应采取的关键技术进行简要的论述     

基于PXI总线技术的星载计算机性能测试系统研究

CX-1星务系统采用一体化设计方式,所有单机和分系统都与星载计算机直接相连,接受星载计算机的管理和控制;分系统或单机之间的信息交换必须经过星载计算机,因此,在设计过程中尽可能地提高星载计算机系统的可靠性就成为主要目标之一;为保证星载计算机的可靠性,在卫星的设计和研制过程中,对星载计算机的电气性能测试占据十分重要的地位;从分析星载计算机电气性能测试的需求出发,介绍了基于虚拟仪器技术的星载计算机测试系统的基本功能、硬件配置、软件设计等,给出了系统测试原理与测试结果;通过实际对星载计算机的测试试验,利用该系统测试星载计算机的性能可以实现故障的快速定位.     

容错星载计算机系统结构设计

容错技术是提高计算机系统可靠性的重要手段，本文介绍了某立体测绘小卫星星载计算机系统的容错设计。该系统具有功能强，灵活性和可靠性高等特点，满足了小卫星性能高，重量轻、体积小，功耗低的要求。