计算机的容错设计

介绍容错和计算机容错的概念,结合某卫星上的计算机,论述了计算机的容错设计,包括机间容错和机内容错.实践证明,容错设计是提高计算机可靠性的有效手段.     

基于改进型(14,8)循环码的SRAM型存储器多位翻转容错技术研究

SRAM型存储器空间应用通常采取纠一检二(SEC-DED)的方法,克服空间单粒子翻转(SEU)对其产生的影响。随着SRAM型存储器工艺尺寸的减小、核心电压的降低,空间高能粒子容易引起存储器单个基本字多位翻转(SWMU),导致SEC-DED防护方法失效。在研究辐射效应引起的SRAM型存储器多位翻转模式特点的基础上,提出一种基于改进型(14,8)循环码的系统级纠正一位随机错和两位、三位突发错同时检测随机两位错(SEC-DED-TAEC)的系统级容错方法。基于该方法的存储器系统容错设计具有实现简单、实时性高的特点,已成功应用于某型号空间自寻的信息处理系统。仿真试验及实际应用表明,该方法可以有效防护SRAM型存储器件SWMU错误,有效提高了空间信息处理系统可靠性,可以为其它空间电子系统设计提供参考。     

星载计算机存储器的滞后检错纠错方法

本文针对在使用新型商用处理器构建航天器容错计算机系统的过程中 ,商用处理器的高速处理能力要求与存储器检错纠错对速度的影响之间的矛盾 ,提出了一种新的存储器校验方式———滞后校验来解决这个矛盾 ,并尝试把这种校验方式和具有多位纠错能力的RS (Reed -Solomon)编码结合起来完成存储器的校验 ,最后本文探讨了这种校验方式所带来的问题 ,并提出解决构想     

分布式容错计算机系统在航天器上的应用

计算机容错技术是提高系统可靠性的强有力手段,卫星星上数据管理系统是高可靠性的分布式容错计算机系统,在硬件和软件的设计中,应用了故障检测、故障屏蔽和动态冗余等多种容错技术,本文从理论和工程实践两个方面介绍了各种容错技术在航天器上的应用。     

分布式容错计算机系统在航天器上的应用

计算机容错技术是提高系统可靠性的强有力手段，卫星星上数据管理系统是高可靠性的分布式容错计算机技术系统，在硬件和软件的设计中，应用了故障检测、故障屏蔽和动态冗余等多种容错技术，本文从理论和工程实践两个方面介绍了各种容错技术在航天器上的应用。     

一种针对COTS器件的抗辐射加固方法

随着商用现货(COTS)器件在空间任务中的广泛应用,COTS器件的抗辐射加固显得尤为重要,针对COTS器件在空间环境下易受宇宙射线和高能粒子冲击而产生辐射效应的特点,文章结合三模冗余(TMR)技术与现场可编程门阵列(FPGA)的重构技术,提出了一种基于TMR的可重构星载处理单元抗辐射加固方法。通过基于Markov过程的可靠度分析可知,冗余和重构技术相结合可以使处理单元具有更强的容错能力。文章利用实验模拟验证了该星载处理单元的各项关键技术,结果表明:此处理单元能够屏蔽单模故障,并能够定位和修复由空间复杂环境引发的软错误。     

小卫星星务计算机的容错体系结构设计

介绍了一种小卫星的星务计算机系统硬件设计方案,并结合应用的要求给出了容错体系结构的设计方案,从冗余结构到容错管理模式,从故障检测和诊断到系统重构,多视角多层面地展现了小卫星容错体系的设计思路,最后还利用模型计算了系统的可靠度指标。     

霍尔电推进系统数字化电源处理单元设计

分析了霍尔电推进系统的电源处理单元(PPU)的需求,介绍了使用移相全桥软开关电路设计方法,实现了电源处理单元阳极电源高效率,同时通过采用FPGA设计方法,实现了数字化电源处理单元的设计,最后给出了80mN霍尔电推进系统数字化电源处理单元工程样机的实现情况,结果表明:采用软开关后电源效率得到了明显的提高,数字化控制的电源处理单元具备了参数灵活调整的功能。     

扩频序列容错能力分析

提出了扩频码（序列）容错能力影响扩频系统的性能的问题。分析了二进制序列集合作相关检测时的容错能力与序列的相关特性之间的关系，给出容错能力的理论界限；研究了相关器输出判决门限的确定及相关峰检测概率与扩频序列的容错能力之间的关系。     

神经网络在火箭容错控制中的应用

利用解析冗余思想和神经网络的非线性映射能力，提出了基于神经网络的故障检测和容错控制框架，以此实现解析冗余，并将其应用于火箭稳定回路容错控制设计，仿真研究表明，该方案设计思想正确．具有一定的实用价值。     

空间遥操作机器人系统控制参考模型

从分析智能系统中智能行为机制人手，研究了智能系统中自组织单元基本结构，基于智能工程中的集成单元结构，提出了遥操作机器人系统的递阶嵌套控制参考模型，并应用到遥操作空间机器人模拟实验中，完成了模拟舱内作业任务，验证了其实用性。     

面向空间应用的双核容错微处理器的研究与实现

介绍了用双核微处理器实现的容错微处理器系统SPARC—V8FIS。该系统由两个同构微处理器与支持容错操作的容错管理模块组成。微处理器是基于SPRARCV8规范的32-bit微处理器。容错管理模块提供了错误检测、诊断、从“软故障”中故障恢复，以及当发生“硬故障”时，将系统配置成单一处理器继续执行的机制，以适应空间复杂环境应用。SPARC—V8FIS用较少的硬件实现了所有容错操作，以很低的性能损失达到了很高的系统可靠性。     

SIMD计算机并行程序性能评价模拟环境的研究与实现

航空、航天领域中有许多问题非常适合并且需要使用并行处理，尤其可以利用ＳＩＭＤ计算机，以提高处理速度，如流场计算，ＦＦＴ，矩阵运算等。但并行程序设计与串行程序设计相比较在实现上要更复杂。有许多影响并行程序效率的复杂因素需要通过实验进行研究，以不断优化算法。本文实现了一个在串行机上运行的适用于ＳＩＭＤ并行程序设计及性能评价的模拟环境—ＳＩＭＤＰ２（ＳＩＭＤＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｅｖａｌｕａｔｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）。该系统为研究者提供了一个廉价而灵活的ＳＩＭＤ计算机的并行算法研究及性能评价的实验环境。在该环境下，用户可分析、优化并行算法及评价所定义的ＳＩＭＤ系统结构     

基于PowerPC硬核的片上组合导航计算机设计

为了满足微小型组合导航系统体积小、功耗低、精度高等方面的要求,根据新的嵌入式系统开发理念,通过软硬件协同设计将整个组合导航计算机系统集成在一片内嵌PowerPC微处理器的FPGA芯片上,实现了SoPC设计。利用FPGA内部的资源实现了组合导航系统的硬件平台,并设计了运行在该硬件平台上的底层驱动程序和组合导航软件。测试结果表明系统满足设计要求。     

基于FPGA的SDRAM控制器的设计与实现

由于同步动态随机存储器SDRAM内部结构原因导致其控制逻辑比较复杂。现场可编程逻辑门阵列FP GA作为一种半定制电路具有速度快、内部资源丰富、可重构等优点。本文设计了一种基于FPGA的SDRAM控制器,在介绍控制器的逻辑结构的基础上,对FPGA与SDRAM间数据通信进行了时序分析,实现SDRAM带有自动预充电突发读写和非自动预充电整页读写。     

新一代并行处理星载计算机技术研究

为提高卫星的整体性能，对并行处理技术在集中式控制体系结构卫星平台的关键部件——星载计算机中的应用进行了研究。所设计的星载计算机采用了总线仲裁和故障隔离技术，并具有图像处理等复杂功能。通过并行双CPU资源的冗余重构设计，可保证在某个CPU发生故障后实现星戴计算机的降级使用，提高了星载计算机的可靠性，并给出了监控软件的流程。最后，采用离散傅里叶变换(DFT)运算，对设计的计算机的并行处理能力进行了预估。     

基于汉明码的32位数据纠错电路设计

空间应用计算机硬件系统的电子器件容易受到电磁场的辐射和重粒子的冲击,导致星载计算机中的数据特别是存储器中的数据出现小概率的错误,这种错误若不及时进行纠正,将会影响计算机系统的运行和关键数据的正确性。根据汉明码的纠错原理,可设计出一个用于32位SRAM存储器的数据纠错电路。该电路基于FPGA实现,具备检测2位错误并纠正1位错误的功能,有一定的实际应用意义。     

基于PCI总线和SDRAM的高速数据采集卡研制

针对被动式毫米波成像系统对高速数据采集的要求,提出了一种基于PCI总线的高速数据采集卡的实现方案。该方案应用了高速AD、FPGA及SDRAM等高速电路,使用FPGA作为主控芯片,利用SDRAM对数据缓存。实现了双通道高速数据同步采集的目标,达到了最高采样率为200Msps、量化精度为8bit、存储深度为每通道4MByte的技术指标。     

FPGA-based operational concept and payload data processing for the Flying Laptop satellite

Flying Laptop is the first small satellite developed by the Institute of Space Systems at the Universität Stuttgart. It is a test bed for an on-board computer with a reconfigurable, redundant and self-controlling high computational ability based on the field programmable gate arrays (FPGAs). This Technical Note presents the operational concept and the on-board payload data processing of the satellite. The designed operational concept of Flying Laptop enables the achievement of mission goals such as technical demonstration, scientific Earth observation, and the payload data processing methods. All these capabilities expand its scientific usage and enable new possibilities for real-time applications. Its hierarchical architecture of the operational modes of subsystems and modules are developed in a state-machine diagram and tested by means of MathWorks Simulink-/Stateflow Toolbox. Furthermore, the concept of the on-board payload data processing and its implementation and possible applications are described.