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。     

异构多核人工智能SoC芯片的低功耗设计

随着深空探测、载人航天、商业火箭和飞行器等各项航天任务的开展,各型号任务对硬件系统的智能化、可靠性、低功耗指标提出了更高的要求,作为系统“大脑”的SoC处理器亟需进行升级换代。本文综述了面向航天新任务应用的人工智能SoC芯片玉龙810,介绍了新一代国产自主可控、高智能、高可靠、低功耗SoC芯片的功能特点、关键技术,重点描述了玉龙810芯片的低功耗设计方法和实现结果,通过优化技术玉龙810芯片动态峰值功耗达到了低于5W的指标。玉龙810芯片采用多核异构架构,主要由4个SPARC V8核、8个GPU核和8个NNA核组成,片内通过AMBA3. 0总线实现模块的互联互通,片上还集成H. 264/H. 265,JPEC2000等片上外设。     

星载控制软件在轨动态重构技术研究

为使星载控制软件可在轨动态重构，提出一种基于量子编程框架、无须操作系统支持、可实现多版本切换的星载控制软件在轨动态重构方法。在分析影响在轨动态重构关键技术基础上，从量子框架的面向对象运行机制出发来寻求软件框架对动态重构的支持；通过划分函数边界，将函数归类为内部函数和公共函数，避免了模块间的循环依赖；给出了函数向量表维护策略，并以版本号为导向实现了向量表切换。该方法在BM3803星载处理器平台进行了充分测试，结果表明：所提出的在轨重构方法系统无须停机、版本可回退且更新过程可靠。本方法占用内存小、平台依赖性弱、代码可复用性强，可推广应用至硬件资源有限的星载控制器终端。     

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。     

一种面向节能的星载实时任务动态调度算法研究

星载嵌入式操作系统性能和任务能耗之间的平衡非常重要,采用合理的处理器和电压分配策略是一个重要手段。提出一系列基于计算概率的建模方法,用来解决星载实时嵌入式系统中对于具有数据依赖的非周期性任务的处理器和电压分配相关问题,并且能够确保所有的任务都能在时间约束下执行。首先设计一个处理器调度算法,将任务的有向无环图(DAG)映射到一组可变电压处理器上,然后使用动态编程算法为每个任务分配合适的电压。通过带有重启的局部搜索策略从候选解集中获取最优解,以解决局部最优陷阱问题。通过实验说明,所提出的算法与其他算法相比,在所有时间约束下具有更好的能效。     

多核处理器S698P-SOC的数据一致性

在多核和多处理器系统中,数据一致性是一个非常重要和关键的问题.影响数据一致性的设计主要包括3个方面:处理器体系结构,Cache算法和软件设计.本文介绍了S698P-SOC多核处理器的体系结构,Cache算法和数据一致性保持机制,讨论了一般情况下的数据一致性问题,介绍了硬件对软件数据一致性设计的支持,并给出了软件设计时的设计要点.相关的技术在工程实践中已经得到验证,获得了良好的效果.     

一种基于构件的可重配置通用星载遥测软件设计

传统遥测处理设计方法,其软件逻辑处理与用户需求紧密耦合,难以重用。通过对星载软件构件化技术和航天器遥测需求进行分析,采用软件构件设计遥测处理模块,完成遥测采集、存储、包调度、虚拟信道调度和下传。构件化设计的遥测模块,通过参数配置和构件组装的方式实现不同的遥测需求,从而实现通用化遥测软件。经试验,结果表明,构件化的通用星载遥测设计方法,具有良好的任务适应性,能够显著降低开发时间和成本,可为通用化航天器遥测模块设计提供参考。     

基于Jetson TX2处理器的星载操作系统设计与验证

面向高可靠、高性能、生态优良、自主可控的星载操作系统需求,文章基于英伟达人工智能升级版(Jetson TX2)处理器对Linux操作系统进行了空间环境下可靠启动、高速数据传输、智能应用框架的改进设计。在可靠启动方面,设计了Linux内核和文件系统4份冗余结构,实现了操作系统的可靠启动和数据自主恢复策略。在高速数据传输方面,开展了高速串行传输接口(PCIE)数据传输的双缓冲区设计,改进了高速接口数据的传输性能。在好用易用方面,设计了智能应用管理框架,实现了App上注及App全生命周期管理模式。经过在Jetson TX2硬件平台测试验证,结果表明：改进后的星载操作系统支持内核、文件系统故障情况的可靠启动及主动恢复,PCIE高速数据传输速率大幅提升,智能应用管理支持128种不同功能App上注及加载运行,可为天基高速计算系统应用设计提供参考。     

基于SPARC多核SOC的Linux操作系统研究

通过移植启动代码,实现了Linux在SPARC多核处理器上的运行,重点剖析Linux针对SMP多核系统的进程管理机制、同步机制、进程调度和负载平衡等,在S698PM多核处理器平台进行了验证。     

多星多任务数传数据实时处理系统设计

针对卫星地面应用系统支持多星多任务的运行控制需求,设计了数传数据实时处理系统。采用调度中心与处理程序集协同工作的方式,在不借助消息传递接口(MPI)和第三方调度软件的前提下,实现了数传处理作业的集中式调度、分布式并行处理;设计处理作业调度策略,实现了实时任务优先、事后任务排队以及处理资源负载均衡;设计模块化拆分的处理程序集,实现了处理系统的高性能、可复用。工程实践结果表明:文章所介绍的处理系统能够同时支持4颗卫星、3个地面站、实时及事后2种模式数传处理任务,处理的实时数据率优于150 Mbit/s。     

应用EDAC容错技术的星载软件堆栈溢出实时检测方法

针对常见的星载软件堆栈溢出问题,提出了一种应用错误监测与纠正(EDAC)容错技术的堆栈溢出实时检测方法。以采用BM3803处理器的星载软件为例,通过处理器提供的内存造错和EDAC机制,对软件堆栈设置雷区和隔离区,通过陷阱程序感知堆栈生长过程,记录堆栈使用深度,并实时检测堆栈溢出。对核心模块的性能测试及堆栈检测实例验证表明:该方法实现简单,对软件性能几乎没有影响,使软件可以在线实时检测堆栈使用深度。软件在堆栈溢出时仍能自主可控,避免"跑飞"崩溃,大大提高其可靠性。     

eCos操作系统针对并行S698P-SOC的启动初始化过程研究

实时操作系统eCos是一款嵌入式操作系统。eCos支持多核并行处理系统,但是对多核处理器存在一些限制。多核处理器S698P-SOC满足eCos对处理器的限制要求。eCos在S698P-SOC上的启动初始化过程包括主CPU的启动和从CPU的启动两部分。     

基于BM3803处理器的即插即用星载计算机系统设计

针对我国星载计算机不能通用和"即插即用"的特点,文章提出一种模块化的星载计算机硬件设计方法,以某卫星原理样机为例,设计了一种基于BM3803处理器的即插即用星载计算机系统,重点研究了通用驱动软件的实现,通过软硬件结合,实现了设备模块的功能自动识别和"即插即用"功能。文章将该方案与现有星载计算机系统进行了对比分析,结果表明:该系统的处理性能更高,具有较好的通用性和扩展性,能够进行模块级替换和产品化生产,并满足新一代星载计算机系统快速组装的需求。     

S698PM宇航芯片的软件支持及信息处理性能测试

综述了面向宇航应用的S698PM宇航处理器芯片的软件支持,设计了嵌入式操作系统VxWorks的板级支持包BSP软件,分析了BSP包中多核的任务调度机制和中断管理。本文还给出了S698PM的性能测试数据,测试结果表明S698PM性能优越。最后通过一个FFT算法的应用实例展现了S698PM的并行计算处理能力。     

一种航天用Linux系统工程化方法

随着航天器功能的越发复杂和软件规模的提高，航天领域常用操作系统存在驱动、第三方库资源不够丰富等问题。Linux系统具有稳定、开源、支持丰富等特点，被广泛应用于高可靠领域，因此有望满足航天领域复杂应用下操作系统的需求。但Linux系统代码量庞大，在航天领域软件工程化和可靠性保证工作方面开展困难。结合航天工程应用实际，提出并实践了按商用和自研，分别对Linux系统软件进行质量保证的工程化方法，为航天用操作系统相关产品的研制提供工程化思路。     

面向航天领域的模型驱动软件设计开发方法

针对航天嵌入式任务关键软件特点,研究基于AADL模型,实现对其结构模型、行为模型、故障模型和执行模型的多维度描述。通过构造其代码规则模板,实现从模型到源程序的自动化映射,降低编程工作量。研究将AADL模型转换为故障树模型和时间自动机模型,分析验证软件安全性与可调度性;通过构建航天领域模型库,支持大规模软件复用。最后,基于所开发的航天型号软件模型驱动开发平台,对航天飞行器GNC系统的软件开发进行了初步验证,结果表明模型驱动的软件开发方法能有效提高航天型号软件开发效率和质量。     

基于调度预测的星载混合相关任务调度算法及其仿真的研究

为解决星载计算机系统中具有相关性任务的调度和临界资源的分配问题，提出了一种星载混合相关任务调度算法。首先，对星载计算机系统中的任务给出了形式化的描述。其次，具体阐述了这种星载多任务调度算法并给出了可调度性预测分析条件。最后，通过仿真实验对这个调度算法的性能进行了验证并给出了结论。     

基于1553B总线的星载嵌入式软件在轨升级方法

针对星载嵌入式软件在轨升级难的问题,提出了基于1553B总线的星载嵌入式软件在轨(线)升级方法。通过1553B总线接收升级程序、固化程序和升级程序分区独立存储、启动程序和应用程序互相配合的方式,实现软件升级、部分传输异常时补丁升级及升级异常情况下的版本回退。在某星载固态存储设备上对方法进行了试验验证,结果表明,方法可对星载固态存储设备的软件进行在轨(线)升级,升级程序异常情况下可通过设备开关电自动回退版本,部分出错时上注补丁量少,提高了星载嵌入式软件测试维护和在轨维护的效率和可靠性。     

一种面向多虚拟处理器的程序条件断点技术

考虑到载人航天、探月工程中嵌入式软件的编译器存在差异，编译器生成的目标文件格式和嵌入式处理器的不同，基于嵌入式处理器虚拟化技术，提出一种通用的调试信息存储结构，支持不同目标文件调试信息的通用存储；提出一种条件断点控制技术和一种通用条件断点控制模型，实现了面向多种架构虚拟处理器的程序条件断点控制；完成调试器DIP开发和功能测试。将以上技术应用于载人航天、探月工程中多个安全关键嵌入式软件测试，发现了嵌入式软件中的深层软件问题。     

星载导航软件产品线设计方法与应用

在分析星载导航软件存在问题的基础上,从配置项级、架构级和构件级三个维度阐述了软件产品线的设计方法,结合典型的航天器产品应用实例,介绍了产品线的复用过程,并借助软件一体化平台工具,详细描述了星载导航软件产品线的建立、应用和管理方法。通过实践摸索,基本解决了软件研发中存在的问题,实现了产品线开发和项目开发分离,研制能力得到了提升。星载导航软件产品线经过不断迭代,逐步提高了复用率和成熟度,确保了软件产品质量。