航天器FPGA在系统局部重构容错设计研究

提出了一种新的FPGA在系统局部重构容错方法,可以较明显地削减容错配置数据量。阐述了新方法的原理及实现算法,分析了新方法的性能;为排除新方法实施过程中的障碍,提出了电路去耦的容错电路设计方法;运用新方法设计了深空探测遥控数据处理电路,并在Flash型FPGA演示了新方法的实施过程。     

基于矩独立重要度的电路系统容错设计方法

电路系统在运行过程中不可避免会发生失效，而容错设计可以有效降低失效风险。传统的电路系统容错方法主要是根据设计人员经验认知对电路系统进行分析改进，但是通常难以准确确定对系统性能影响显著的重要元器件。因此，提出了一种基于重要度分析的电路系统容错设计方法。首先，提出了电路系统矩独立重要度定义与计算方法，以对电路系统中各元器件的矩独立重要度进行计算和排序；然后，给出了冗余系数与冗余次数的定量关系，并提出重要度-冗余系数的映射准则，以此为基础即可实现电路系统的最佳容错设计；最后，以某空间电源稳压器电路为案例，验证了所提方法的有效性。所提基于矩独立重要度的电路系统容错设计方法对改进电路系统容错能力、提高电路系统可靠性有重要意义。      

容错控制系统的可靠性建模及模型化简

在容错控制系统的设计过程中,进行系统的可靠性建模和分析求得容错控制系统可靠性是一项非常重要的工作。它是许多设计工作,如设计方案的选择优化和一些设计参数的确定等的重要理论依据。在容错控制系统的可靠性分析中,利用马尔柯夫过程理论对容错控制系统进行可靠性建模能够较为真实地描述系统的实际工作情况,但是由于容错系统为了达到高可靠性而有采用了大量的冗余配置及重构技术,使得该可靠性模型往往变得相当复杂。因此,对     

一种基于FPGA位流回读与重配置的空间硬件容错方法

分析FPGA的配置数据帧格式以及整个器件中配置数据帧的类型和分布,在此基础上给出具体的位流回读故障检测方法和重配置容错方法,最后给出了实现该容错方法的一个实例.论文研究可为星上拟采用基于SRAM的FPGA的各分系统电路容错设计所借鉴.     

SRAM型FPGA的抗SEU方法研究

通过分析静态随机访问存储器(Static Random Access Memorg,SRAM)型现场可编程门阵列(Field Programable Gate Array,FPGA)遭受空间单粒子翻转(SEU)效应的影响,并比较几种常见的抗SEU技术:三模冗余(Triple Module Redwcdancy,TMR)、纠错码(Error Correction Code,ECC)和擦洗(Scrubbing),提出了一种硬件、时间冗余相结合的基于双模块冗余比较的抗SEU设计方法。在FPGA平台上对线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register,LFSR)逻辑进行软件仿真的抗SEU验证实现,将各种容错设计方法实现后获得的实验数据进行分析比较。结果表明,64阶LFSR的抗SEU容错开销与基于硬件的TMR方法相比,可以节省92%的冗余逻辑资源;与基于时间的TMR相比,附加时间延迟缩短26%。     

基于反熔丝FPGA的有限状态机加固设计

在介绍空间辐射和FPGA容错设计的基础上,提出了一种针对反熔丝FPGA有限状态机的联合纠错译码和三模冗余算法的加固设计方法.通过分析和比较可知,此加固设计有利于提高代码的抗单粒子翻转能力,为反熔丝FPGA代码加固设计提供了一种思路.     

基于Scrubbing的空间SRAM型FPGA抗单粒子翻转系统设计

基于SRAM工艺的FPGA在空间环境下容易受到单粒子翻转(Single Event Upsets, SEU)的影响而导致信息丢失或功能中断. 在详细讨论三模冗余(Triple Modular Redundancy, TMR)和刷新(Scrubbing)的重要原理及实现细节的基 础上, 实现了一种高可靠性、TMR+Scrubbing+Reload的容错系统设计, 用反熔丝型FPGA对SRAM型FPGA的配置数据进行毫秒级周期刷新, 同时对两个FPGA均做TMR处理. 该容错设计已实际应用于航天器电子系统, 可为高可靠性电子系统设计提供参考.      

星用SRAM型FPGA的故障模式分析和容错方法研究

静态存储器（SRAM,static random access memory）型现场可编程门阵列（FPGA,field programmable gate array）是一种对空间辐射效应较为敏感的航天器电子元器件。由于其特有的构造和工作方式,单粒子辐射效应对SRAM型FPGA造成的影响及其引起的故障模式有着区别于一般电子元器件的特征。为了提高SRAM型FPGA在空间应用中的可靠性,以该类型FPGA的主流器件作为研究对象,深入分析了FPGA在空间应用中的各种故障模式,研究了相应的各种容错方法。研究表明,通过采取适当的FPGA容错方法,能够有效降低SRAM型FPGA因空间辐射而发生故障的可能性。     

三模冗余MPSOC容错设计与验证

为了提高MPSOC处理器的可靠性,提出了一种基于软件表决和硬件仲裁的三模冗余容错处理器设计方案,并对这种容错设计进行了原型实现和验证,试验结果表明了方案的正确性和有效性.     

四模冗余拜占庭容错计算机可靠性分析

为确保载人航天器的安全可靠,载人航天器控制计算机一般需具备拜占庭故障恢复的能力.采用马尔可夫链分析四模冗余拜占庭容错计算机几种可能容错方案的可靠性,可以看出系统采用何种容错方案取决于系统停机失效概率和不安全失效概率之间的关系.该方法可以为四模冗余拜占庭容错计算机设计提供参考.     

基于过程质量数据的制造系统可靠性建模分析

针对传统制造系统可靠性评价不考虑加工过程产品质量数据,无法对制造系统可靠性进行及时准确的建模分析,提出了基于过程质量数据的制造系统可靠性建模分析方法.首先,在给出了包含制造产品质量的制造系统可靠性新内涵的基础上,分析了制造过程中关键质量特性检验数据和制造系统组件的退化故障数据等过程质量数据对制造系统可靠性建模的影响,从而明确建模需求.然后,首次提出了基于产品合格概率和制造系统组件退化失效率的制造系统可靠性分析模型.最后,通过某盖板的加工系统的可靠性建模分析验证了模型的有效性.结果表明该模型能够方便地利用制造阶段的质量数据更准确地估计出制造系统可靠性.     

一种IC测试系统的可靠性分析与改进设计

美国ＧＲ系列ＩＣ测试系统采用磁带机作为系统程序的输入设备,由于磁带机故障率较高,因此使用中经常发生程序输入失败的现象,严重影响了该测试系统的可靠性,本文在对ＧＲ１７３２Ｍ型测试系统的组成结构进入深入分析的基础上,应用在线仿真器对主处理器进行实时仿真,跟踪了引导程序的执行流程和系统磁带的输入过程,提出了用ＰＣ微机代替磁带机,通过ＲＳ－２３２串行接口传送所有软件,本文详细阐述了改进设计方法,改进成功后     

基于模糊神经网络的软件可靠性早期预计方法

在基于模糊神经网络的基础上,提出了一种新的软件可靠性早期预计方法.通过分析软件缺陷产生的原因,给出了导致软件缺陷产生的因素.同时,深入讨论了软件可靠性早期预计的建模方法.在此基础上,利用模糊神经网络建立了软件可靠性早期预计的模型,并且给出了具体的步骤.      

基于损伤力学的增材制造金属材料疲劳寿命预测

增材制造(AM)技术发展迅速，广泛应用于航空航天领域合金构件的加工制造，而很多增材制造合金构件承受循环载荷，疲劳失效破坏十分普遍。通过建立考虑增材制造过程影响的疲劳损伤模型，计算了增材制造金属材料的疲劳寿命。给出了弹塑性本构模型和考虑增材制造过程参数的疲劳损伤模型，进而给出了疲劳寿命计算的有限元数值方法；对增材制造金属材料进行了疲劳寿命预测，预测值与试验值基本吻合，并从疲劳数据的分散性及增材制造金属材料内部的孔隙率2个方面分析了计算误差；讨论了体积能量密度比对增材制造金属材料疲劳性能的影响，并对结果进行了分析，为增材制造金属材料的疲劳损伤评定提供一种有效的方法。      

在轨可修复单机可靠性分析方法

在深空探测中,单机具有在轨修复能力有助于提高飞行器系统的可靠性。目前对在轨可修复单机的可靠性问题鲜有研究。建立和分析了在轨可修复单机的可用度模型,推导出可修复单机的瞬态可用度计算公式,通过模拟仿真,计算了不同修复率下的单机可用度变化趋势,与非可修复单机的可用度仿真结果进行了比较。并利用可修复单机的稳态可用度给出了对任务末期修复率和失效率关系的快速估计方法。研究结果表明,在轨修复率越高,在任务周期内可修复单机的可靠性越高;单机具有较高的修复率还可缓解研制阶段对单机可靠性的需求压力。     

CMOS电路瞬态电流测试及其解析模型研究

CMOS电路瞬态电流（IDDT）测试技术,在超高速高可靠芯片故障诊断领域有着良好的应用前景。由于芯片的集成度和工作速度越来越高,IDDT迅速增长,降低了其性能和可靠性,研究IDDT快速准确计算方法具有较强的应用需求。介绍了CMOS电路IDDT测试技术的发展及其基本原理和方法,深人分析了CMOS电路电流成份和特性,利用PSPICE及MOSFET仿真模型,建立了具有较高精度的瞬态电流解析模型。提出撬杠电流（“crow—bar”）相对于电容充电电流,在高速下不仅不小,甚至可能更大,在电流分析时不可忽略。     

退火算法在电子元件位置优化上的应用

一块电路板上有电子元件，它们不仅有热源，而且相互和，另外与空气还交换热，对这类问题建立线性数学模型，从而算出温度稳态分布，因为许多集成电路系统可靠性很大程度上取愉于温度，所以温度的模拟显向很重要性，把温度模型与退火算法相结合可以获得元件最接近优化的布局，并用一个例子加以说明，通过优化能降低板子最高温度，从而提高系统的可靠性。     

函数调用网络的结构属性及其静态鲁棒性

通过对开源软件tar和MySQL源码的分析，构建基于函数调用的有向软件网络模型，研究函数调用网络的度分布、聚类系数等多个结构属性。结果表明，多个主要软件模块的耦合才使得整个函数调用网络具有高聚类特性；节点的依赖度(影响度)与节点的出度(入度)存在正相关性；节点的依赖度与影响度具有负相关性。基于有向软件网络鲁棒性的弱连通和强连通指标，采用不同节点攻击策略验证函数调用网络的静态鲁棒性。研究结果表明，对于tar网络，高出度策略对网络的弱连通性具有最佳的攻击效果；对于MySQL网络，高入度策略对网络的弱连通性具有最佳的攻击效果。      

基于Gram-Schmidt变换的有监督变量聚类

为进一步研究回归模型中高维数据的降维方法,提出基于Gram-Schmidt变换的新的有监督变量聚类（SCV-GS）方法。该方法未采用以潜变量为聚类中心的层次聚类,而是借用变量扫描思想,依次挑出对响应变量有重要贡献的关键变量,并将其作为聚类中心。SCV-GS方法基于Gram-Schmidt变换,对变量之间的高度相关性进行批量处理,并得到聚类结果;同时,结合偏最小二乘思想,提出新的同一性度量,并以此来选取最佳聚合参数。SCV-GS不仅可以快速得到变量聚类结果,而且可识别出对响应变量的解释及预测起关键作用的变量类。仿真表明该聚类方法运算速度显著提升,而且所得潜变量对应的回归系数的估计结果与对照方法表现一致;实例分析表明该方法具有更好的解释性和预测能力。      

复杂曲面上的自动铺放路径规划方法

自动铺丝是一种先进的复合材料自动制造技术,广泛应用于制造形面复杂的复合材料构件。大曲率区域丝束的压实质量较差、铺放路径的方向偏差和转弯半径难以同时满足等问题,导致了各种铺放缺陷。研究了曲面曲率对路径性能的影响,建立了分区域路径规划机制。采用压辊到曲面的距离来表征丝束压实情况,并根据曲面曲率估算可压实丝束的数量。建立了局部方向偏差和转弯半径计算方法,并在路径密化过程中实时评价,在路径性能超出约束时进行分区。考虑了丝束压实、方向偏差及转弯半径对铺放路径的约束,保证了整张曲面的铺放质量和铺放效率。在翼梢小翼曲面上完成了路径规划方法的仿真和实验验证,结果表明:所提方法能够在复杂曲面上获得满足性能要求的铺放路径。