基于SoC的实时信号处理系统中存储系统的容错设计

在基于SoC(System on Chip)技术的实时信号处理系统中,设计了全新的具有容错纠错自适应的二级冗余体系结构的存储系统,对新系统的可靠性进行了量化分析。在较小代价下,新系统的可靠性有显著的提高。     

一种卫星存储器纠错检错系统设计

采用三倍冗余(TMR)模块,软、硬件纠错检错(EDAC)电路以及专用EDAC芯片来克服太空辐射环境中的单粒子翻转(SEUs)是比较典型的方法。随着嵌入式系统的不断发展,利用FPGA设计的EDAC电路得到广泛应用,一般采用汉明编码方案,可以纠正一位错误。考虑到空间辐射的复杂性与严峻性,设计了一种基FPGA利用(16,8)准循环码实现的EDAC电路,能够纠正两个错误。通过仿真验证,延迟较小,差错率比(22,16)扩展汉明码小3~6个数量级,可用来更有效地对卫星程序存储器等进行保护。     

一种改进的对抗软错误电路结构设计

给出了一种改进的基于时钟沿的自我检测和纠正的电路结构,以纠正由单粒子翻转（SEU）引起的数据错误。简单概述了已有的检测和纠正SEU的电路结构,并在该电路的基础上提出了改进的电路结构,以实现对触发器以及SRAM等存储器的实时监控,并可以及时纠正其由于SEU引起的数据错误。采用内建命令进行错误注入模拟单粒子翻转对电路的影响。改进的电路与原来的电路相比,以微小的面积和较少的资源换取更高的纠错率。     

空间DSP加载系统可靠性设计

在空间环境中,长时间运行的空间飞行器信息处理系统存储器容易发生单粒子翻转现象(SEU),而单粒子翻转现象是导致空间飞行器失效的主要原因之一。基于此,通过分析SEU现象对不同类型存储器的影响,阐述SEU现象对加载可靠性的影响。通过重新设计加载系统结构,并引入三模冗余、检纠错编码和定时刷新FLASH存储器的方法,降低系统加载时由于SEU而失败的概率,提高系统加载运行的可靠性。     

基于龙芯LA132软核处理器的宇航级SoPC设计

针对现有星载计算机主控系统灵活性差和在空间辐射环境中存在单粒子翻转等问题,设计了一种灵活性强、可靠性高、自主可控的宇航级片上可编程系统(System-on-Programmable-Chip, SoPC)。该系统将龙芯LA132软核处理器应用于航天领域,降低了星载计算机主控系统的体积。为系统存储单元设计实现了一种基于矩阵算法的RS(8,4)码,可在无延迟的情况下实现错误检测与纠正功能,增强了系统的可靠性。测试结果表明,该SoPC系统在Xilinx KCU105硬件平台上可实现单周期内对两个错误符号的检测与纠正,满足宇航级安全性与可靠性的需求,为星载计算机主控系统的小型化提供了一种新的解决方案。     

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。     

高可靠性SRAM中缩短汉明码EDAC电路的失效分析

缩短汉明码及其改进码字被广泛使用在宇航级高可靠性存储器的差错检测与纠正电路中。作为一种成熟的纠正单个错误编码,其单字节内多位翻转导致缩短汉明码失效的研究却很少。这篇文章分析了单字节多位翻转导致缩短汉明码失效的情况,分析了各种可能的错误输出模式,并从理论上给出了其概率计算公式。采用Matlab软件进行的计算机模拟试验表明,理论结果与试验结果基本相符。这篇文章最后分析了ISSI公司在其抗辐射SRAM设计中采用的一种将较长信息位分成相等两部分,分别采用缩短汉明码进行编译码的方案。分析表明,这种编译码方案可以降低失效状态下输出3 bit翻转的概率。     

基于LEON3的中央控制器设计及EDAC功能实现

针对目前空间机器人中央控制器运行速度较低、实时控制性弱等缺点,设计了基于LEON3处理器核的中央控制器,用做空间机器人控制的初步研究。同时,为了解决太空环境中电子控制系统中存储器易出现单粒子翻转效应(SEU)的问题,设计了一种基于Hsiao码的EDAC电路,以实现"纠一检二"(SEC-DED)的基本功能。使用VHDL语言描述该EDAC功能,使其兼容LEON3的AM-BA2.0总线,通过仿真试验验证了电路的可靠性。     

Optimization of a heavy-duty compression-ignition engine fueled with diesel and gasoline-like fuels

Optimal injection strategies for a heavy-duty compression-ignition engine fueled with diesel and gasoline-like fuels (#91 gasoline and E10) and operated under mid- and high-load conditions are investigated. A state-of-the-art engine CFD tool with detailed fuel chemistry was used to evaluate the engine performance and pollutant emissions. The CFD tools feature a recently developed efficient chemistry solver that allowed the optimization tasks to be completed in practical computer times. A Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA II) was coupled with the CFD tool to seek optimal combinations of injection system variables to achieve clean and efficient combustion. The optimization study identified several key parameters that influence engine performance. It was found that the fuel volatility and reactivity both play important roles at the mid-load condition, while the high-load condition is less sensitive to the fuel reactivity. However, high volatility fuels, such as gasoline and E10, were found to be beneficial to fuel economy at high-load. The study indicates that with an optimized injection system gasoline-like fuels are promising for heavy-duty CI engines due to their lower NOx and soot emissions and higher fuel economy compared to conventional diesel fuels. However, the high in-cylinder gas pressure rise rate associated with Partially Premixed Combustion of gasoline-like fuels can become problematic at high-load and the low-load operating limit is also a challenge. Potential solutions are discussed based on the present optimization results.     

抗单粒子翻转的双端口SRAM定时刷新机制研究

在空间辐射环境下,存储单元对单粒子翻转的敏感性日益增强。通过比较SRAM的单粒子翻转效应相关加固技术,在传统EDAC技术的基础上,增加少量硬件模块,有效利用双端口SRAM的端口资源,提出了一种新的周期可控定时刷新机制,实现了对存储单元数据的周期性纠错检错。对加固SRAM单元进行分析和仿真,结果表明,在保证存储单元数据被正常存取的前提下,定时刷新机制的引入很大程度地降低了单粒子翻转引起的错误累积效应,有效降低了SRAM出现软错误的概率。