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题目:基于SoC技术星载控制器的设计与实现

关键词:片上系统,单粒子效应,现场可编程门阵列,星载控制器,专用集成电路

  摘要



空间技术的迅速发展对卫星整体功能和性能不断提出更高的要求。控制器作为卫星最关键的组成部分之一,其性能和可靠性直接影响着整个型号任务的成败。基于SoC的星载控制器可实现小型化、高性能、高可靠,是解决这一问题的有效途径之一。

本文在综述空间应用SoC国内外发展现状的基础上,研究了SoC星载控制器所面临的空间辐射环境,提出了空间环境中单粒子效应是影响控制器的最主要因素。针对单粒子效应,论文提出并实现了目前SoC星载控制器中迫切需要解决的抗单粒子加固设计,主要包括Cache、D触发器、寄存器堆和外部存储器加固设计,对这些设计进行了功能仿真,并在FPGA上进行了验证,结果表明这些设计能够有效提高SoC抗单粒子性能,从而提高整个控制器的可靠性。为验证设计有效性,采用了抗辐射试验的方法,进行了单粒子模拟实验和总剂量模拟试验,验证了抗单粒子设计的有效性,为今后星载控制器抗单粒子设计研究提供了参考和基础。

对比传统思路星载控制设计方案,采用SoC设计的星载控制器满足了型号任务对其高性能、小型化和低功耗的严格要求,并通过地面模拟空间环境试验,验证了基于SoC设计的星载控制器可靠性和稳定性,结果表明本论文中设计的SoC已初步满足卫星型号任务的应用需求。

最后对论文进行了总结,提出了空间用SoC需要进一步研究的内容。