一种针对COTS器件的抗辐射加固方法

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1、第25卷第4期航天器工程V01．25No．42016年8月SPACECRAFTENGINEERING81一种针对COTS器件的抗辐射加固方法梁健1张润宁1赵帅2(1航天东方红卫星有限公司，北京100094)(2西北工业大学，西安710072)摘要随着商用现货(COTS)器件在空间任务中的广泛应用，COTS器件的抗辐射加固显得尤为重要，针对COTS器件在空间环境下易受宇宙射线和高能粒子冲击而产生辐射效应的特点，文章结合三模冗余(TMR)技术与现场可编程门阵列(FPGA)的重构技术，提出了一种基于TMR的可重构星载处理单元抗辐射加固方法。通过基于Markov过程的可

2、靠度分析可知，冗余和重构技术相结合可以使处理单元具有更强的容错能力。文章利用实验模拟验证了该星载处理单元的各项关键技术，结果表明：此处理单元能够屏蔽单模故障，并能够定位和修复由空间复杂环境引发的软错误。关键词星载处理单元；冗余；可重构；商用现货中图分类号：V473文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2016．04．013ARadiationHardenedMethodBasedonCOTSComponentsLIANGJianlZHANGRunnin91ZHAOShuai2(1DFHSatelliteCo．，Ltd．，Beij

3、ing100094，China)(2NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：WiththeCOTS(commercial—off—the—shel{)componentswidelyusedinspacemissions。theradiationhardeningtechnologyisparticularlyimportantforCOTScomponents．TheCOTScomponentsunderthecomplicatedspaceenvironmentarevul

4、nerabletotheeffectofcosmicraysandhighenergyparticles．Theseeffectswillleadtoradiationeffects．Adesignmethodofon—boardprocessingunitbasedonTMR(triplemodularredundancy)andreconfigurationtechnologyofFPGA(FieldProgrammableGateArray)isdiscussed．ThereliabilityanalysisbasedonMark—OVprocessess

5、howsthatthecombinationofredundancyandreconfigurationwillfurtherimprovethereliability．Thekeytechnologiesofthisprocessingunitaretestedandvalidated．Thisprocessingunitcaneffectivelyshieldsingle-modefailures，anditalsocanlocateandrepairthesofterror．Keywords：on—boardprocessingunit；redundanc

6、y；reconfigurable；COTS1引言空间环境中存在较多的宇宙射线和高能粒子，运行在这种复杂环境下的航天器的计算系统很容易受到这些粒子和射线的冲击而产生辐射效应。当前，在空间处理系统中，现场可编程门阵列(FPGA)以其低功耗、灵活性、通用性、高集成性等优点获得了广泛的应用。基于静态随机存储器(SRAM)型的商用现货(COTS)FPGA器件很容易受到高能粒子的影响而产生辐射效应[1。3]。而基于Flash架构的FPGA器件有较强的抗辐射性能，对由空间高能粒收稿日期：2016一04—28；修回日期：2016—06—20作者简介：梁健，男，博士研究生，研究方

7、向为航天器电子系统设计。Email：liangjiancast@163．corn。82航天器工程25卷子引发的固件错误具有免疫能力，但是基于Flash架构的FPGA器件逻辑资源有限，不具备嵌入式软处理器的能力，故运算和处理能力受限，直接应用于复杂的星务管理和运算具有一定的局限性[4。5]。传统的三模冗余(TMR)技术可以有效屏蔽单模故障，但表决器本身并不具备抗辐射能力，或者表决器由简单的逻辑开关组成，控制与协调能力不足[6。7]。此外，FPGA的可重构特性也能有效修复由辐射引发的软错误，但重构过程会引起星上部分任务的中断∽]。本文提出一种将TMR与FPGA重构技

8、术相结合的星载处理单元抗