FPGA可配置资源测试方法研究

FPGA是广泛应用于集成电路设计等多种领域的关键器件之一,随着FPGA的迅速发展,对FPGA的测试得到了广泛重视和研究,其测试技术也越来越复杂。本文以XILINX公司的Virtex XCV300E器件为基础,研究了基于93000集成电路测试系统的FPGA器件测试技术,为FPGA的应用级测试提供了一种有效的方法。     

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.     

星载SRAM型FPGA可靠性快速评估技术

空间辐射环境严重影响星载SRAM (Static Random Access Memory)型FPGA (Field Programmable Gate Array)的可靠性,提出了星载SRAM型FPGA可靠性快速验证评估方法.在传统故障注入验证的基础上,引入可靠性预评估技术,在逻辑门级分析单粒子翻转对FPGA配置信息位的影响,同时对TMR (Triple Modular Redundancy)冗余方式进行单粒子翻转关键位置评估.然后构成不同敏感级别的故障序列,最后根据应用需求选择不同故障序列进行故障注入从而有效快速评估系统可靠性.该方法与逐位翻转相比,能够在保证故障覆盖率的同时,有效地减少实验时间,提高实验效率.     

SRAM型FPGA单粒子效应逐位翻转故障注入方法

针对SRAM(Static Random Access Memory)型FPGA(Field Programmable Gate Array)空间应用的可靠性评测问题,提出一种逐位翻转的故障注入试验方法,利用动态重配置技术,通过检测逻辑电路设计配置存储单元中的单粒子翻转敏感位数量和位置,可计算出动态翻转截面和失效率,绘出可靠度变化曲线.分别对采用TMR(Triple Modular Redundancy)防护设计的和未采用TMR防护设计的SRAM型FPGA乘法器模块进行了故障注入试验,验证了得到的敏感位位置的正确性,并计算出各自的可靠性参数和曲线.     

氢钟在守时钟组配置中的应用研究

氢钟因其良好的低噪声特性,被广泛应用于高精度时间/ 频率测量和比对。对于物理信号噪声特性要求较高的时间实验室,氢钟已经成为守时钟组不可或缺的频率源。然而由于物理结构和工作方式等多方面的原因,氢钟具有明显的频率漂移特性,此外氢钟的价格较铯钟更为昂贵,因此氢钟的数量成为守时钟组配置中急需解决的核心问题。本文首先分析了氢钟在守时钟组配置中的必要性,然后通过建立守时钟组优化配置数学模型,利用多个时间实验室的原子钟数据资料,采用统计学的方法,提出守时钟组的多种配置方式。并通过分析比较不同配置方式下的守时钟组性能,提出稳定度一定的条件下,中小型时间实验室的守时钟组最优配置方案。     

航天电子设备可靠性评估方法研究

建立了一种综合利用航天电子设备分系统可靠性信息和试验数据以及整机系统试验数据的Bayes可靠性评估方法.该方法利用最大熵方法融合分系统可靠性信息,推导了从分系统可靠性矩到系统可靠性矩的计算公式,然后建立了基于继承因子ρ的混合β先验分布,结合整机系统试验数据确定后验分布,最后,基于后验分布推断航天电子设备可靠性.采用该方法对航天电子设备可靠性进行了评估,当整机系统试验数据为240次时,航天电子设备在置信水平0.70的情况下可靠度可达到0.9991,所要求的整机系统试验次数比经典方法约降低了4/5.     

专用指令集在基于FPGA的神经网络加速器中的应用#br#

近年来,表现出极其优越性能的神经网络算法对硬件算力的要求逐渐提高.在一些低功耗场景如星载系统中,拥有可编程重构、高并行等特性的FPGA是神经网络算法较为合适的硬件加速平台.为了解决传统神经网络硬件加速器设计中片内资源消耗大、各功能模块耦合性高等问题,设计实现了一套专用AI指令集并应用在了基于FPGA的神经网络加速器的设计中.文章首先介绍了该指令集的设计方案.整个指令集由指令寄存器、指令解释器、指令转发模块、内存管理单元和多个模块构成.通过该指令集可实现对不同模块的复用,降低模块之间的耦合性.并以YOLOV3 Tiny网络模型为例,对比了平铺式和指令控制式两种加速方案的逻辑资源的消耗.验证了应用专用指令集可以减少约50%的FPGA逻辑资源的使用.     

基于等价可靠性模型的姿态敏感器配置优化及分析

针对如何进行姿态敏感器配置的问题,提出了一种确定最优姿态敏感器配置的方法.首先,将工程中的姿态敏感器配置问题用数学模型进行描述;其次,以可靠性为基础,建立系统可靠性模型;然后,引入等价因子这一概念,将配置可选方案之间的优劣以可靠性的形式等价到控制系统中,将系统可靠性模型转化为系统等价可靠性模型;最后,通过对比系统等价可靠性模型的具体数值,确定出最优的航天器姿态敏感器配置方案.文章最后,以一工程实际为例,利用该方法进行姿态敏感器配置的确定,结果表明该方法可行和有效,对工程具有理论指导意义.     

FPGA在超周期延时电路中的应用

一般电路的暂态输出时间相对不是很长 ,而且电路的输入触发信号时间应小于输出时间的长度 ,这种电路设计思想有时满足不了某些场合的实际工程需要。为此 ,本文结合工程实际需要给出了利用FPGA设计超周期延时功能模块 ,该模块能准确的进行时序控制 ,可以不修改硬件满足时序要求。     

交会对接发动机配置比较研究

介绍执行空间交会对接任务的几个典型的飞船的发动机配置,通过比较,分析执行不同交会对接任务飞船的发动机配置的优缺点,提出了交会对接任务发动机配置设计时需要考虑的因素,并得出一些具有共性的结论,为后续交会对接任务的发动机配置提供参考.     

单框架控制力矩陀螺系统的构型分析和对比研究

根据实际情况限定了大型航天器单框架控制力矩陀螺 (SGCMG)构型分析研究的对象 ;根据构型分析的主要指标 ,对常用的双平行构型、三平行构型、金字塔构型、四棱锥构型、五面锥构型和五棱锥构型等六种构型进行了分析 ,对比了相互的优缺点 ,得出了最优构型为五棱锥构型的结论 ,为大型航天器SGCMG系统选型提供了理论基础     

基于功能建模的含FPGA电路板测试方法研究

由边界扫描和非边界扫描器件组成的非完全边界扫描电路板普遍存在,其故障检测与隔离是板级维修测试的难题。基于边界扫描和数字I/O的测试方法无法完成整板功能测试,提出了一种基于功能建模的含FPGA电路板测试方法。首先在FPGA开发环境中生成VITAL模型,实现其功能建模;然后将配置文件和VITAL格式数据导入LASAR,完成电路板的好板仿真和故障仿真,并生成后处理文件;最后在ATE上调用后处理文件,实现含FPGA电路板的自动测试和故障诊断。该方法无需更改测试系统软硬件,可实现该类电路板的功能测试。     

零动量卫星轮控系统可重构性设计研究

针对卫星姿态控制系统设计中常见的动量轮配置问题,总结了星上常用的5种轮控系统构型,首先对各种构型从角动量包络、干扰力矩下动量轮的饱和情况、系统功耗和可靠性等方面进行了可重构性分析和比较,在此基础上提炼了动量轮可重构性设计准则,可为轮控系统的设计提供参考依据。     

针对FPGA内缺陷成团的电路可靠性设计研究

文章分析了集成电路内缺陷成团机理及其对集成电路成品率的影响 ,应用集成电路成品率预计模型 ,分析了FPGA内缺陷成团对片内冗余容错电路可靠性的影响 ,据此提出了缺陷成团时提高FPGA片内冗余容错电路可靠性的策略 ,建立了相应的可靠性分析模型 ,给出了FPGA片内冗余容错电路布局的一些指导原则。     

可编程逻辑器件在空间电子学设备中的应用

介绍了几种常用于空间电子学设备的可编程逻辑器件 (FPGA), 基于空间环境特点, 分析了可编程逻辑器件在空间电子学设备中应用时需要考虑的特殊问题. 针对空间试验中经常出现的单粒子翻转事件(SEU), 介绍了一种基于冗余(FTMR) 的FPGA设计方法, 并通过实例给出了这种方法对系统性能和设计规模的影响.     

Boundedness of Formation Configuration for Nonlinear Three-body Dynamics

The configuration boundedness of the three-body model dynamics is studied for Sun-Earth formation flying missions. The three-body formation flying model is built up with considering the lunar gravitational acceleration and solar radiation pressure. Because traditional linearized dynamics based method has relatively lower accuracy, a modified nonlinear formation configuration analysis method is proposed in this paper. Comparative studies are carried out from three aspects, i.e., natural formation configuration with arbitrary departure time, initialization time and formation configuration boundedness, and specific initialization time for bounded formation configuration. Simulations demonstrate the differences between the two schemes, and indicate that the nonlinear dynamic method reduces the error caused by the model linearization and disturbance approximation, and thus provides higher accuracy for boundedness analysis, which is of value to initial parameters selection for natural three-body formation flying.     

基于FPGA的时间数字转换技术综述

基于FPGA的时间数字转换(FPGA-Based Time to Digital Converters, FPGA-TDC)具有较短的开发周期和更灵活的开发方式,随着针对TDC的研究工作越来越多,应用于不同场景的各种FPGA-TDC架构也相应出现,但是对于这些架构的分类和命名,并没有一个统一的标准。采用一种以分辨率来源为分类依据的方法,对近几年国内外研究机构关于FPGA-TDC的成果进行了分类,综述了该领域的技术方法,总结了各类架构的优缺点,并且对FPGA-TDC未来的发展做出了展望。     

一种用数字集成电路FPGA实现的伪速率调制器

介绍一种用数字集成电路实现的伪速率调制器及其应用.该调制器用一片FPGA实现3个通道的伪速率调制器.有别于用软件或模拟电路实现的方法,该调制器用数字电路实现,其中一阶环节通过移位算法实现指数运算,简单灵活,既克服了模拟电路和软件实现的缺点,又具有模拟电路实时性高、精度高以及软件实现方式方便灵活的特点,适用于整星信息一体化和综合电子技术的卫星控制系统体系结构.     

基于FPGA的MBOC中频调制信号的实现

MBOC调制信号是Galileo和GPS系统的互操作导航信号调制方式。在研究MBOC调制信号产生机理的基础上,对MBOC调制信号的特性进行了分析,并在现场可编程门阵列(FPGA)平台上实现了MBOC调制信号,给出了仿真和测试结果。实验表明,该实现方式正确可行,对于新的导航信号结构的研究和新一代接收机的研制具有极其重要的意义。