航天SoC发展模式探讨

通过对"技术驱动"和"应用驱动"两种方式比较,结合航天SoC(片上系统)特点和国内微电子技术发展现状,提出一种通过系统级应用推动航天SoC持续和健康发展的道路。     

支持多核处理器的星载分区操作系统设计

针对星载处理器由单核向多核发展的趋势和当前没有针对航天应用的星载多核操作系统、卫星无法发挥多核处理器性能优势的问题,文章研究了适用于航天任务的星载多核分区操作系统。设计了一种支持多核处理器的星载操作系统结构,采用多核处理器动态调度和静态调度相结合的方法,实现了星载多核处理器高效实时调度与确定性调度。通过分区管理设计,实现分区间隔离与保护,避免软件问题扩散影响其他功能。该系统还具有支持星载应用(APP)动态加载、通过软件构件技术实现星载应用快速组装与集成的特点,可为航天任务应用多核处理器提供安全可靠的软件运行平台,满足未来航天新型任务和多核处理器的需求。     

一种基于可重构片上互连的多核处理器架构

面向宇航应用,基于可重构片上互连,本文提出了一种新型的多核处理器架构。该架构在锁步技术的基础上进行了改进,利用可重构片上互连使得锁步技术引入的冗余核可以分时复用,以充分发挥多核性能。基于该架构的处理器软件编程,需对任务进行关键等级划分,使得非关键任务可以线程级并行执行,关键任务锁步执行,满足宇航应用对高可靠和高性能的需求。本文给出了该架构基于第五代精简指令集(RISC-V)的一种实现,并进行验证。结果表明:该架构实现了多核处理器在多核锁步和多核并行两种状态之间切换,分别获得高可靠或高性能的特性。     

航天微系统技术综述

航天微系统技术包括专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、单片微波集成电路(MMIC)、混合集成电路(HIC)等微电子技术和微机电系统(MEMS)。文章介绍了这几种技术的特点、发展现状,以及在航天中的应用情况和应用前景。ASIC与SoC技术可显著提高电子系统的集成度和性能,已在航天中得到广泛应用。MMIC技术可用于航天器通信载荷和平台的射频通信部件,已在欧美航天器中大量应用,目前正朝高频段发展。HIC主要包括厚膜HIC和薄膜HIC,特别适于功率器件和微波器件的集成,目前国外已有大量产品用于航天,如"国际空间站"(ISS)。MEMS技术可用于航天器导航、热控、推进、光学遥感与通信等系统,甚至可对航天器设计方法产生重要影响,但目前还处于起步阶段。在以上技术领域,我国虽已开展了一些研究,但与国外相比还存在较大差距。文章针对航天微系统技术的产业布局、发展方式等提出了建议,可为我国的发展规划和战略决策提供参考。     

基于自主可控SoC的航天控制系统集成应用研究

在分析SoC技术特点及航天SoC应用特点的基础上,提出基于自主可控SoC系统集成技术是航天控制技术的发展方向,并给出了基于自主可控SoC的航天控制系统集成和应用验证关键技术。     

深层地质数据监测系统的设计

本系统以STM32处理器芯片为主控制器,采用MSP430单片机挂载多个传感器执行多点数据采集,CAN总线实现数据通信。另配有SD存储卡,键盘,TFT彩屏,具有存储,显示等功能。本系统可以监测深层地质数据,具有超低功耗、高可靠性等优点,可以适应野外各种复杂环境下连续的长时间工作,具有广泛的应用前景。     

航天用SoC发展思考

在分析航天应用需求及SoC技术特点的基础上,讨论SoC技术在航天应用的可行性,针对航天用SoC对设计、验证及抗辐照等方面的特殊要求,结合目前国内航天用SoC的发展现状,提出整机与电路相结合、设计与应用相结合、立足未来跨越式发展及兼顾目前行业需求相结合的航天应用SoC的发展思路.     

航天SoC技术的发展态势与开发方法研究

阐述航天SoC技术发展的作用与意义,分析国际上航天大国SoC技术发展态势及国内航天SoC技术发展面临的挑战,指出目前我国航天SoC技术应用在可靠性、潜在的危险性和不可替代性等方面存在的问题,并提出我国航天SoC技术未来的发展方向。     

一种高可靠串行通信协议研究及其控制器IP核设计

为满足军用和航天等领域高可靠串行通信的应用需求,本文通过对曼彻斯特编码、汉明码编码和数据帧冗余等技术进行研究,设计并用VHDL语言实现了高可靠串行通信控制器IP核。将该IP核集成到LEON2中进行了性能仿真和测试,结果表明该IP核较明显地提高了系统串行通信的可靠性。     

基于RISC-V的多核可重构处理器架构研究

介绍了一种多核可重构处理器架构。该架构利用可重构片上互连使得锁步技术引入的冗余核可以分时复用,充分发挥多核带来的性能增长。在该架构下,软件开发人员可以通过对任务进行关键等级划分,使得非关键任务可以线程级并行执行,关键任务锁步执行,满足星载计算机对高可靠和高性能的需求。提供了该架构基于RISC-V (第五代精简指令集)的一种实现,并阐述了该架构下的软硬件配合机制。     

一种小型S波段无源相控阵天线及其在小卫星上的应用

为满足卫星平台小型化、低功耗、高集成度设计要求,提出一种新型的小型化S波段相控阵天线,用于卫星与中继星返向测控链路建立。通过优选体积小的四臂螺旋天线为天线阵元、对天线阵列规模和间距进行优化设计、优化天线波束区域划分、采用新型时延网络代替传统移相器、在单片集成芯片上实现复杂波控算法等多项关键技术,设计并实现了一个小型化、高增益、低功耗的无源相控阵天线。实测数据表明,该相控阵天线在波束覆盖范围内阵列增益可达7d Bi以上,天线阵列重量仅250g,在达到相同发射EIRP指标条件下,对整星功耗需求仅为采用传统中继发射天线时的40%。     

SoC系统验证方法研究

从SoC概念入手,介绍了基于IP复用的SoC设计的出现和发展,着重针对基于IP核进行SoC设计所遇到的挑战及其解决方案(SoC系统验证方法)进行探讨,重点讨论了IP核级验证,系统级功能验证以及基于断言的验证方法.     

核推进的空间应用浅析

首先通过比较太阳系各天体探测所需速度增量与各种推力器能达到的喷射速度,阐明核推进对于太阳系探测的重要性;随后,在简要介绍几个典型的基于核推进的空间任务设计方案后,通过参数化宇航动力学分析,阐明在当前或近期可达到的技术水平下,基于各种核推力器的航天器所能实现的任务能力,并比较分析各自的优劣,指明改进方向.分析表明,化学推进的适用范围极其有限,要真正实现太阳系内广阔区域的大规模探索开发,必须依靠核推进;基于固堆核热推进的当前技术指标已经能够满足相当一部分雄心勃勃的航天任务需要,在不远的将来实现广泛应用是可以预期的;核电推进尽管在技术上已经可以实现,但要能够在近期的航天愿景任务中获得超越固堆核热推进的优势,尚须在技术上实现进一步突破,尤其需要大幅降低核电源质量.     

基于FPGA控制实现的1553 B总线通讯设计

为了满足有效载荷系统与卫星平台的复杂任务和可靠的数据通信,提 出了一种基于FPGA控制协议芯片BU-61580实现1553B总线远程终端通讯的 设计方法.取代CPU而采用VHDL硬件描述语言将整个系统的数据管理与控 制通讯集中在1片FPGA芯片内实现,有利于系统的软件重用和增加系统可 靠性.     

星载异构计算环境下的能耗优化任务调度

针对航空航天探测等要求高可靠性、强实时性、低功耗的尖端领域,基于新型的异构多核计算平台对全迁移策略的支持,提出了能耗优化的实时任务调度算法。算法主要分为2部分:负载分配和任务调度。负载分配确定每个任务在不同的处理器集群上工作量的分配比例,并对系统的能耗进行优化。任务调度在负载分配的基础上,采用时间片划分的思想对已分配的任务进行合理调度,保证每个任务都能满足系统约束条件。将此算法与现有的SA算法和Hetero-Split算法进行对比,实验结果显示:此算法比Hetero-Split算法在寻求可行性任务调度方案方面相当,但强于SA算法;在能耗比方面,此算法比Hetero-Split算法在系统总能耗方面有大幅度的降低,降低比率约为23%～24%。     

科技成果

国内首款多系统多频率卫星导航SoC芯片研制成功 和芯星通科技（北京）有限公司于2010年9月25日正式发布,国际首款、国内首创的拥有完全自主知识产权的多系统多频率卫星导航高性能SoC芯片——和芯星通Nebulas芯片研制成功。     

海基S频段航天测控半实物仿真系统设计

陆、海基统一S频段测控网是我国为适应载人航天任务特殊要求而建立的航天测控骨干网,基于遍布三大洋的远洋航天测量船队实现的海基测控大大提高了对飞船的测控覆盖率.本文仿真系统是根据海基航天测控演练、联调的需要而提出的,明确了仿真系统的构建原则、组成和功能.给出了海基测控目标轨迹仿真的方法和模型,对目标动态模拟设备的设计与实现进行了具体描述.该仿真系统已应用于新一代远洋航天测量船,在神舟七号载人飞船测控任务准备中发挥了重要作用.     

抓住机遇 促进航天SoC快速发展

结合当前国内外SoC发展新特点,提出未来航天SoC发展模式和"面向应用、突出重点、明确目标、分步实施"的快速发展的建议,并指出要从系统的角度分析和解决问题,以达到能够在较短时间内快速提升我国航天元器件技术水平的目的。     

CCSDS标准在军用航天任务中的应用

空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准已经在民用航天任务中得到广泛应用,然而对其是否也同时适用于军用航天任务,仍存在着许多的疑虑和争论。文章通过对军用航天任务采用CCSDS标准现状的调研,分析了其实现途径和可行性,提出了在军用航天任务中采用CCSDS标准的措施和建议。     

践行差异化管理理念，助力航天高质量发展

面对航天高强密度科研生产和发射任务,提出“高质量保证成功,高效率完成任务,高效益推进航天强国和国防建设”（“三高”）的发展要求和目标。为实现“三高”发展目标,开展航天型号差异化管理是一项重要的改进工作和支撑保障措施。文章从创新、精准、实效、系统、变化等5个方面对差异化管理的理念和特征进行探讨,以质量管理为切入点,对差异化管理模式和要求如何落实落地,从工作原则、方法、程序、实操等方面,提出差异化质量管理的工作思路和建议。