面向航天领域的soc应用系统的研究与分析

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1、面向航天领域的SoC及应用系统的研究与分析【摘要】介绍片上系统SoC技木概念、优点以及SoC技木在国内外航天领域的应用。根据航天型号研制要求，提出了一个航天控制领域SoC设计流程，质量管理要求以及后续发展重点和思路。关键词SoC;航天控制；系统集成；0、引言随着探月、深空探测、空天运输系统和先进导弹武器系统等航天任务的盂求不断增加，航天飞行器应用领域的不断扩大，对航天飞行器控制系统提出了高集成、高承载比、高可靠性等要求。我国的航天技术经过多年的发展，取得了举世瞩目的成就,但是与欧美等航天大国相比，我国在性能、承载比、

2、可靠性等方面还存在明显差距，航天飞行器的集成度和微小型化已成为制约航天发展的技术瓶颈，这些问题的解决很难依靠传统技术的优化和改进来完成。片上系统（systemonchip,SOC）是在一个单芯片上集成高密集数据处理电路、模拟电路、各类输入输出通讯接口以及专用算法、协议的片上控制微系统（见图1）,能够在一个芯片内处理声、光、电磁等图ISOC集成示意图信号。SOC设计技术始于20世纪90年代中期，是一种系统级的设计技术。它有三大技术特征：采用深亚微米（DSM）工艺技术，IP核（IntellectualPropertyCo

3、re）S用以及软硬件协同设计。SOC的开发是从整个系统的功能和性能出发，利用IPS用和深亚微米技术，采用软件和硬件结合的设汁和验I正方法，综合考虑软硬件资源的使用成本，设计出满足性能要求的高效率、低成本的软硬件体系结构，从而在一个芯片上实现复杂的功能，并考虑其可编程特性和缩短上市时间。使用SoC技术设计的芯片，一般有•一个或多个微处理器芯片和数个功能模块。各个功能模块在微处理器的协调下，共同完成芯片的系统功能，为高性能、低成本、短开发周期的嵌入式系统设计提供广阔前景。1SOC技术在国内外航天领域的应用SOC在国外的发

4、展I•分迅速。美国NASA在X2000计划中提山，要将米来空间飞行器的数据处理、数据存储、电源管理和控制、通讯功能以及传感器接口（如温度、电压以及各种科学仪器）等集成在边长为2〜3cm的专用芯片上。该芯片可用可编程逻辑器件（FPGA）实现，NASA己经在各种空间试验项0中对FPGA在空间应用可靠性进行了评估。美国国防部在2000年军用关键技术中也对朱来SOC进行了描述，除了模拟、数字电路外，SOC还将包括射频器件、光学器件、分子电子、转动器件等。在欧洲，SOC的技术水平也相当高，如法国TIMA实验室设计的集射频器件、

5、光纤产品、MEMS传感器、放大器等为一体的SOC产品。从国外的SOC发展规划，特别是NASA的新技术计划和ESA对将来SOC发展计划的论述中，可以清楚的看到：国外航天系统设计研究机构己经认识到SOC技术是航天电子发展的趋势，组织了相应的SOC技术研究，而且基本上推出了原型机的设计，并且已经逐步应用到工程中。在国内，SOC技术正逐渐得到重视，各大公司、高校、研究机构投入了人力和资金开展关键技术研究。一些系统单位，通过合理整合产业链，联合一些集成电路生产单位，研制了各种类型的SOC芯片，并逐步在具体工程屮得到了应用，有力

6、推动了SOC技术发展。但是面对着日趋激烈的世界航天竞争，国内电气系统研制能力与美欧等发达国家相比还存在较人的差距。随着精确制导、智能控制和分布式控制技术的发展，控制系统又一次囬临着更新换代、整体跨越的关键吋期，整体优化和系统集成是航天控制技术发展的趋势。针对目前航天控制系统电气设计水平较弱、仪器繁多、可靠性不高的现状，应该发展SOC技术，提高电子产品的质量和性能；通过集成创新，充分发挥系统、硬件、软件一体化设计的优势，研制岀更适合嵌入式实吋控制、符合航天电气系统需求的控制系统电子产品，提升航天型号产品的整体性能。2航

7、天领域片上系统设计流程航天领域片上系统（SOC）的设汁流程包括设计和生产制造两个基本环节。具体分为系统分析和设ir、方案论证和设计、芯片asic设u•和生产、测试应用4个阶段。如图2所示。图2SOC研制流稈图2.1系统设计依据控制系统方案要求，搭建相应的控制设计与仿真系统，借助相关软硬件设备，完成整个导弹控制系统的电气系统体系结构总体优化设计；完成控制系统软硬件划分；提炼出适合于片上系统S0C集成的控制系统功能；分析完成片上系统（S0C）的功能和性能指标需求，例如处理器的速度和精度，图像处理算法、总线控制器等；完成

8、整个控制电气系统基于S0C的系统设计与分析。2.2设计与验证SOC设计与验证主要完成整个SOC的核心IP核的设U•和采购、SOC构架设计和系统集成、SOC建模和仿真验证。依据系统需求，开展整个SOCIP核的采购和设汁，对于通用的IP核如A/D、处理器、总线控制器可以通过购买获取；对于针对导弹/火箭特定的控制IP核，如时序控制逻辑、弹箭冗余界错逻