一种FPGA在轨重构配置数据压缩算法

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1、第24卷第6期航天器工程V01．24No，62015年12月SPACECRAFTENGINEERING75一种FPGA在轨重构配置数据压缩算法徐勇李珂冯国平陶利民庞波(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要对现场可编程门阵列(FPGA)在轨重构配置文件压缩，可以大大减少遥控上注时间。为此，文章利用FPGA配置文件中。值较多的特点，结合游程编码(RLC)及字典编码的优势，提出一种FPGA在轨重构配置数据压缩算法，即结合零游程(ZerosRunLength，ZRL)编码的VLZW压缩算法(简称为ZRL—VLZW算法)。为减小航天器载计算机内存开

2、销，使用索引迭代方式存储字典并限制字典长度。采用航天器常用FPGA多种资源占用比的配置文件，利用ZRL—VLZW、LZW和VLZW算法进行压缩测试比较。结果表明：ZRL-VLZW算法性能优于LZW算法和VLZW算法，可有效进行配置文件的压缩，使在轨重构注入数据上注时间减少为原来的l／20～1／3。关键词现场可编程门阵列；在轨重构；配置数据压缩中图分类号：TP332，1文献标志码：ADOI：10，39695．issn．1673—8748．2015．06．013ConfigurationDataCompressionAlgorithmforFPGAOn—

3、orbitReconfiguratiOnXUYongLIKeFENGGuopingTAOLiminPANGBo(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：ThetimeforuploadingFPGAon—orbitreconfigurationfilecanbereducedmultipletimesbyusingcompressiontechnology。SOanalgorithmcalledZRL—VLZW(ZeroRunLengthVL

4、ZW)isproposed．Ittakescharacterofcontinues0datainconfigurationfiletoplaytheadvan—tageofrunlengthcoding．Inordertominimizethememoryoverheadofsatellitecomputer，theen—trynumberofwordsdictionaryislimitedanditerativedictionaryisemployed．Intheexperi—ments，theperformancesofproposedalgor

5、ithmarecomparedwithLZW(LempelZivWelch)andVLZW(VariableLempelZivWelch)algorithmincompressionconfigurationfileoftypicalFPGAs．TheresultsshowthattheproposedalgorithmZRL—VLZWcanobtainhighercompres—sionratiothanthatofLZWandVLZW．ThetimeforuploadingFPGAon-orbitreconfigurationfilecanber

6、educedtO1／20～1／3byusingtheproposedalgorithm．Keywords：FPGA；on—orbitreconfiguration；configurationdatacompression1引言随着空间技术的发展，航天器体积、质量不断缩小，计算速度越来越快，功能越来越多，传统分立电路及小容量反熔丝现场可编程门阵列(FPGA)已经不能满足航天器设计的要求‘1

7、。因此，静态随机存储器(SRAM)型FPGA在航天器设计中的应用越收稿日期：2015—02—28：修回日期：2015—05—20基金项目：国家重大科技专项工程作者简

8、介：徐勇，男，博士，研究方向为星载电子系统、星载图像信息处理。Email：andrexu@163．corn。航天器工程24卷来越多，主要完成计算机接口、存储器管理、信号处理和通信协议处理等功能。基于SRAM型的航天器载FPGA在轨重构技术，在提高航天器功能灵活性及可升级特性的同时，也能用于在轨修复FPGA局部永久损伤和设计错误等缺陷[2]，因此越来越多的航天器载FPGA板级电路具备在轨可重构功能[3q]。然而，用于FPGA重构的配置文件数据量较大，以300万门中等规模FPGA为例，其数据量为10．495Mbit，航天器测控信道有限的带宽使得FPGA重

9、构程序上注需要漫长的时间，浪费航天器宝贵的可见观测弧段时间，且当可见观测弧段时间短时，则需要多次可见弧段时间