于斌[1]（2008）在《基于FPGA的卫星姿态控制模块设计与实现》文中进行了进一步梳理微小卫星是目前航天器发展的一个重要方向。作为现代微小卫星的关键部分,姿态控制系统显得更为重要。姿态控制系统从传统的以通用处理器为基础的软件执行方式,到专用集成电路ASIC为代表的硬件执行方式,在性能和设计周期方面难以平衡。以FPGA为代表的可重构计算技术填补了两者之间的空白。可重构计算将算法在FPGA上实现,可以获得非常高的性能。同时,系统可以根据目标算法的不同,动态的调整硬件,具有更好的灵活性和适应性,获得了越来越广泛的应用。哈工大卫星所的时变计算机项目依据可重构计算技术,需要对卫星的不同控制模式进行硬件设计。本文设计的对象是姿态控制系统的中一个控制模式——对地定向控制模式。设计的目标是完成对地定向控制算法的硬件设计,并在FPGA中实现。设计的内容主要包括基本运算单元和算法功能单元的设计。基本运算单元包括浮点加法器、乘法器,并主要对浮点三角函数的硬件计算进行了设计。算法功能单元用来完成软件部分的算法。由于算法中一些功能函数在不同的模式中是通用的,在设计过程中,注意保留了这些功能函数的独立性,以便在其它的控制算法中可以复用。设计最终通过功能和时序仿真,并在FPGA上正常工作。设计共占用ALU5432个,寄存器1888个,理论上可以工作的最高频率是22.51MHz,硬件部分完成一次运算需要866个时钟周期。
邢克飞[2]（2007）在《星载信号处理平台单粒子效应检测与加固技术研究》文中研究指明卫星技术在国民经济和以信息化为特征的新军事变革中发挥着越来越突出的作用。随着技术的发展,卫星平台和载荷对诸如FPGA、DSP等超大规模集成电路的依赖性越来越强。作为空间电子仪器设备的关键信号处理器件,FPGA和DSP自开始应用以来,单粒子效应就备受关注。器件的集成度越高,单粒子效应的影响就越显着,单粒子效应故障检测与加固设计已经成为空间电子仪器设计必须慎重考虑的问题。本文以星载测控/通信信号处理平台的研制为背景,以提高FPGA和DSP的抗单粒子效应能力为研究目标,研究了FPGA和DSP的单粒子效应故障分析模型与故障特性、单粒子效应故障检测与加固设计方法和基于单粒子效应故障特性的故障注入验证技术。主要研究内容如下:（1）根据FPGA和DSP单粒子效应故障的特点,建立了单粒子效应故障分析模型,提出了单粒子效应故障在FPGA和DSP中的伴随特性,为FPGA和DSP的单粒子效应研究提供了一个新的途径;针对FPGA和DSP位置不可访问故障的注入问题,以伴随特性为依据,研究了FPGA和DSP位置不可访问故障的模型修正方法和注入过程,提高了单粒子效应故障注入的故障覆盖度和访问深度;（2）针对FPGA单粒子效应故障的检测与加固设计问题,根据单粒子效应故障的伴随特性,从布局布线的角度提出了基于“逻辑探针”的FPGA单粒子效应故障间接检测方法,降低了单粒子效应故障检测带来的资源与性能的损失;分析了FPGA配置存储器单粒子翻转引起的多个功能模块同时故障（SEU-MBE）的发生条件,提出了解决SEU-MBE问题的区域约束法和布线修正算法,提高了FPGA布线资源对单粒子效应故障的容错能力;（3）针对DSP程序和数据存储区单粒子效应引起的程序执行流程紊乱问题,提出了基于缩短关键变量生存周期的三倍冗余设计、程序模块跳转区间监测和状态脉冲监测等方法,在提高DSP单粒子效应故障检测与容错性能的同时,减少了存储资源的消耗;（4）针对非宇航级FPGA和DSP在空间仪器工程中的应用问题,提出了星载信号处理平台的金字塔形体系结构,研究了FPGA与DSP的高效动态重构技术,使FPGA和DSP的单粒子效应可靠度分别从0.63078和0.95336提高到0.99045和0.99901（工作时间为24小时,重构间隔为0.5小时）,为非宇航级器件在空间仪器中的应用提供了一个解决方案。实验结果显示:FPGA单粒子效应故障检测与加固设计方法能够在资源使用增加15%、速度性能降低10%的情况下,实现99.2%的单粒子效应检错概率和99.6%的单粒子效应容错概率;DSP单粒子效应故障检测与加固设计方法能够在程序存储量增加18%、执行时间增加15%的条件下,实现97.4%的单粒子效应检错概率和86.0%的单粒子效应容错概率;结合金字塔形结构与高效动态重构技术,星载信号处理平台中FPGA和DSP的单粒子效应综合检错概率和综合容错概率分别达到了98.9%和96.1%。本文提出的设计方案与相关研究结论已经在多个型号的卫星信号处理平台中得到了应用。
王天科,刘霞,许仲德[3]（2004）在《CPU-80C86电路对EMP的敏感性研究》文中研究表明本文介绍了对CPU类超大规模集成电路 （VLSI）首次进行的EMP效应的敏感性模拟试验 ,并简单描述了电磁脉冲方波注入对 80C86CPU电路产生的干扰情况
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景和意义 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.2.1 微小卫星姿控系统的发展 |
| 1.2.2 姿态确定算法的发展 |
| 1.2.3 姿态控制实现方式的发展 |
| 1.3 课题研究内容 |
| 1.4 论文内容安排 |
| 第2章 姿态控制系统及设计平台 |
| 2.1 姿态控制系统 |
| 2.1.1 姿态控制系统整体结构 |
| 2.1.2 姿态控制模式 |
| 2.1.3 姿态控制算法 |
| 2.2 设计平台与流程 |
| 2.2.1 理想设计平台 |
| 2.2.2 设计流程 |
| 2.2.3 实现平台 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 姿态控制模块的设计与分析 |
| 3.1 姿态控制模块整体结构 |
| 3.2 数据处理模块的设计 |
| 3.2.1 数据格式 |
| 3.2.2 浮点加法器设计 |
| 3.2.3 浮点乘法器设计 |
| 3.2.4 浮点三角函数设计 |
| 3.2.5 四元数运算单元设计 |
| 3.3 算法功能模块的设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 姿态控制模块的验证 |
| 4.1 验证方式 |
| 4.2 子模块的验证 |
| 4.2.1 浮点加法器的验证 |
| 4.2.2 浮点乘法器的验证 |
| 4.2.3 三角函数器的验证 |
| 4.2.4 四元数运算单元的验证 |
| 4.2.5 轨道四元数模块的验证 |
| 4.2.6 对地误差控制模块的验证 |
| 4.2.7 对地定向控制模块的验证 |
| 4.3 整体设计的验证 |
| 4.3.1 时序仿真和时序分析 |
| 4.3.2 FPGA验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录1 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号与缩略语 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.1.1 空间仪器与星载信号处理平台 |
| 1.1.2 空间辐射环境与单粒子效应 |
| 1.1.3 星载信号处理平台的单粒子效应与加固设计 |
| 1.1.4 论文的研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状综述 |
| 1.2.1 单粒子效应机理研究现状 |
| 1.2.2 单粒子效应故障模式与特性研究现状 |
| 1.2.3 单粒子效应的模拟方法研究现状 |
| 1.2.4 抗单粒子效应设计方法研究现状 |
| 1.2.5 国内相关研究现状 |
| 1.3 研究现状评述与关键技术分析 |
| 1.4 主要研究内容与组织结构 |
| 第二章 FPGA和DSP单粒子效应的伴随特性与故障注入 |
| 2.1 单粒子效应故障模式与故障位置可访问性 |
| 2.1.1 FPGA的单粒子效应故障模式 |
| 2.1.2 DSP的单粒子效应故障模式 |
| 2.1.3 故障表现形式与位置可访问性 |
| 2.2 单粒子效应的故障分析模型和伴随特性 |
| 2.2.1 故障分析模型及其状态描述 |
| 2.2.2 单粒子效应的伴随特性 |
| 2.2.3 伴随特性的量化分析 |
| 2.3 基于伴随特性的单粒子效应故障注入 |
| 2.3.1 故障注入问题 |
| 2.3.2 位置不可访问故障的注入方法 |
| 2.3.3 故障注入器的设计与实现 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 FPGA单粒子效应故障检测与加固设计 |
| 3.1 FPGA单粒子效应的特点 |
| 3.2 基于“逻辑探针”的单粒子效应故障间接检测方法 |
| 3.2.1 TMR和DMR设计带来的影响 |
| 3.2.2 “逻辑探针”检测方法 |
| 3.2.3 “逻辑探针”的FPGA实现 |
| 3.3 SEU-MBE问题及其解决方法 |
| 3.3.1 SEU-MBE问题及其产生原因 |
| 3.3.2 解决SEU-MBE问题的区域约束法 |
| 3.3.3 解决SEU-MBE问题的布线修正算法 |
| 3.4 FPGA抗单粒子效应设计的性能 |
| 3.4.1 “逻辑探针”单粒子效应故障检测的性能 |
| 3.4.2 SEU-MBE加固设计方法的性能 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 DSP单粒子效应故障检测与加固设计 |
| 4.1 DSP单粒子效应的特点 |
| 4.2 关键变量的LS-TMR方法 |
| 4.3 程序执行流程的跳转区间监测方法 |
| 4.3.1 代码冗余设计 |
| 4.3.2 跳转区间监测法 |
| 4.4 DSP抗单粒子效应设计的性能 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 星载信号处理平台抗单粒子效应结构设计 |
| 5.1 星载信号处理平台的金字塔形结构 |
| 5.1.1 体系结构描述 |
| 5.1.2 工作机制 |
| 5.1.3 DSP阵列的互补性设计 |
| 5.2 DSP功能模块的状态监测 |
| 5.3 FPGA和DSP的动态回读与重构 |
| 5.3.1 FPGA配置存储器的动态回读与重构 |
| 5.3.2 DSP的动态重构 |
| 5.4 星载信号处理平台的可靠性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 抗单粒子效应设计的综合性能测试及工程应用 |
| 6.1 FPGA抗单粒子效应设计的实验验证 |
| 6.1.1 FPGA单粒子效应故障检测设计的性能 |
| 6.1.2 FPGA单粒子效应故障容错设计的性能 |
| 6.2 DSP抗单粒子效应设计的实验验证 |
| 6.2.1 程序状态脉冲监测法的检错性能 |
| 6.2.2 DSP单粒子效应故障检测与容错的性能 |
| 6.2.3 DSP单粒子效应故障的修复方法 |
| 6.3 星载信号处理平台抗单粒子效应设计的实验验证 |
| 6.4 抗单粒子效应设计方法的工程应用 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结束语 |
| 7.1 论文研究工作总结 |
| 7.2 进一步研究计划 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
| 附录A 漏斗模型和粒子分流模型 |
| 附录B 4bits计数器的硬件描述代码 |
| 附录C 配置存储器回读命令列表 |
| 附录D 配置存储器动态重配置命令列表 |
| 1 引 言 |
| 2 试验原理与方法 |
| 3 结果及分析 |
| (1) 试验结果: |
| (2) 讨论 |
| 1) 由输入端注入EMP脉冲对输出电平的影响 |
| 2) 由输出端注入脉冲对其它输出电平的影响 |
| 3) 电源端注入的脉冲对输出电平的影响 |
| 4 结 论 |
