小卫星∕小运载可重构多核计算机设计

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1、第31卷2010年第4期4月航空学报ACTAAERONAUTlCAETASTR()NAUTICAS1N1CAV01．3lNo．4Apr．2010文章编号：1000一6893(20lO)04一0770—08小卫星／小运载可重构多核计算机设计孙兆伟，刘源，徐国栋，叶东(哈尔滨工业大学卫星技术研究所，黑龙江哈尔滨150080)ReconfigurableMulti—processoron-boardComputerforSmaHSate¨itesandSmallLaunchVehiclesSunZhaowei，LiuYu

2、an，XuGuodong，YeDong(ResearchCenterofSatelliteTechnology，Harbinlnstituteo￡Techn0109y，Harbin150080，China)摘要：通过共用小卫星与小运载的电子系统，能够降低卫星发射成本、实现卫星与运载的快速集成及测试、减少卫星的发射与入轨时间，从而达到快速响应自然灾害等突发事件的目的。传统航天器电子系统难以兼顾运载段任务的高实时性和在轨段任务的高可靠性要求，因此本文将多核处理器技术、可重构技术和航天器电子系统设计相结合，提出了基于可重

3、构技术的小卫星／小运载多核计算机设计方案。该设计方案分为运载和在轨两种工作模式，通过现场可编程门阵列(FPGA)的快速重构来实现计算机两种T作模式的快速切换。其中运载模式将FPGA配置成并行构架的i核处理器，通过3个处理器并行计算来提升计算机的处理能力；在轨模式将FPGA配置成冗余构架的i核处理器，通过3个处理器互为冗余备份来提升计算机的长期可靠性。经过基于Markov过程理论的系统可靠性分析，表明系统在轨段的长期可靠性得到显著提升。同时经过地面半物理仿真系统仿真测试，运载段的控制周期可以达到10ms，满足运载段任

4、务的实时性要求。关键词：可重构；多核计算；可靠性；性能；现场可编程门阵列中图分类号：V443文献标识码：AAbstract：0neofthemostimportantdirectionsofmodernsmansatelIitetechnologydevelopmentistoenableasmallsatellitetorespondrapidIytoemergencieswithrelativelylowlaunchingcostanddesigncost．Usinginte—gratedelectronics

5、ystemswhicharesharedbyboththerocketandthesate儿itecanreducethecostandtime．Thetraditionalelectronicsystemofaspacevehiclecannotmeettheneedsofthemissionofboththerocketandthesatellite．Henceamethodisadvancedwhichintegratesmulti—processortechnology，reconfigurationtec

6、h—nologyandtheelectronicsystemdesignofspacevehicles．Themethodisaimedatdesigninganelectronicsys—temwhichcanfulfilltheneedsofboththerocketandthesatellite，whilstitshouldbenoheavier，nobigger，nomoreexpensiveandevencheaperthanthetraditionalsystem．Accordingtothemissi

7、onneedsoftherocketandsatellite，twotypesofthree．coreprocessorsaredesignedinareconfigurablefieldprogrammabIegatearray(FPGA)whosereconfigurationisbasedonthemissionperiod．ThisFPGAcanmaketheelectronicsystemworkefficientlyinboththerocketperiodandthesatelliteperiod．G

8、roundreal—timesimulationsystemisestab—lishedtove“fytheperformanceandreliabilityofthereconfigurablemulti—processoron．boardcomputer．Keywords：reconfigurable；multiprocessing；reIiabilit