空间应用SoC研究现状简介

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1、寰羼糜熏骥礞囊褒揍篱禽张岁-*t-1杨孟飞1,2刘鸿瑾1(1北京控制工程研究所，北京，100190)(2中国空间技术研究院，北京，100094)文摘：分析当今空间应用SoC研究与应用状况，介绍国外NASA、ESA、JAXA等主要研究机构在SoC多核技术、IP复用-9集成、抗辐射、新的微处理器架构等方面的研究成果，对空间应用SoC技术的热点研究方向进行了归纳总结。关键词：SoC；空间应用；抗辐射；多核；IP复用。随着空间电子产品朝着高集成、高性能、高可靠、低功耗和微小型化方向发展。SoC技术成为今后空间电子技术研究的重要课题。SoC(

2、SystemonChip)即片上系统．是一种系统级的嵌入式设计技术。SoC技术作为ASIC设计方法学中的新技术．开始于20世纪90年代中期．它以嵌入式系统为核心。以IP核复用技术为基础，集软件、硬件于一体，并追求产品系统的尽快面市。综合国内外对SoC的多种定义。SoC的内涵即“系统集成芯片”．指在一个芯片上集成处理器、存储器和各种接口部件如存储器接口、通讯接口、调试接口及各种控铡器等，实现信号采集、转换、存储、处理和I／O等功能，包含软件及硬件的全部内容。SoC广义地理解为“系统芯片集成”．指一种芯片设计技术．可以实现从确定系统功能

3、．到软硬件划分．并完成设计的整个过程。当今空间电子产品正朝着高密度、高复杂、高性能、低能耗和微小型方向发展，空间复杂的运行环境更是对其提出了高可靠性的要求．而SoC技术作为一个崭新的技术成为当前及今后空一14一问电子产品设计的最佳选择．这是因为SoC本身具有以下特点和优势：①实现了复杂系统功能的VLSI；②采用IP复用技术，设计再利用；③微小型化；④高可靠性；⑤可移植、可裁剪、可配置；⑥低功耗；⑦可测试性，可调试性设计；⑧将软件设计方法弓l入到方案设计和硬件设计中．硬件设计“软化”。但是．目前空间应用SoC技术同样存在着一些弊端和不

4、足。如。在空间环境中容易受高能带电粒子撞击而产生各种辐射效应(SEU、SEL、TID等)，IP核的复用和集成技术，复杂SoC的验证等。此外。当今空间应用SoC研究关键技术主要包括：SoC抗辐射技术、IP核的复用及集成技术、SoC软，硬件协同设计技术、SoC设计验证技术、可测试性设计技术、低功耗设计技术、超深亚微米电路实现技术等。1国外SoC研究状况国外对SoC的研究起步较早．取得了大量的研究成果，一部分已经应用到星载设备上，研究主要包括高性能计算、抗辐射、多核技术、容错《航天标准lI厶))2012耳第3期微处理器架构等方面。1．1N

5、ASA的×一2000计划【I】早在20世纪90年代．NASA就根据未来航天任务需求．组织多家公司开展了多项有关SoC，ASIC技术的研究．即X一2000计划。该计划按照“快、好、省”的发展方针。每隔3年交付一批可实际使用的新技术，到2006年结束。其中最有代表性的就是列入X一2000计划中的SOAC(SystemOnAChip)技术研究，通过采用ASIC实现SOAC，完成了对包括电源管理、通信模块、传感器模块、CPU以及存储器等功能的集成．从而不仅实现了微小型化。同时也大幅度减轻了重量、降低了功耗。X一2000计划首期以实现空间电子

6、设备体系结构的通用化、易配置和高性能为目标。RAD750就是该期交付的项目之一：第二期交付的电子设备以微小型化为目的．微小型、低电压、低功耗片上系统是该期交付的主要项目；X一2000第三期交付的电子设备分为面向应用的技术和面向未来的技术．如面向星际探测用的超高可靠、超长寿命可改进硬件、电路和微系统器件与技术。1．2Boeing公司的Maestr012-5】美国Boeing公司合作的OPERA项目(TheOn．．boardProcessingExpandableReconfigurableArchitecture)致力于研究改进空间应

7、用处理器性能．OPERA采用的芯片为带有抗辐射加固设计(RHBD)的49核处理芯片——Maestro。如图l所示。它是Tilera公司的TILE64处理器的抗辐射加固版本，运行速度450亿次／秒，时钟频率310MHz．在该时钟频率下浮点运算速度达到22亿次／秒。此外，OPERA严格按照IEEE754标准．支持单、双精度。软件方面有NASA持有的OPERA多核IP．并采用Tilera公司的IP核及RHBD库，附加第三方IP。Maestro能够承受500Krad的，rID(抗辐射总剂量)。目前。NASA正对该SoC芯片进行功能测试和抗辐

8、射测试。1．3MaxwelI公司的SCS750ASCS750A161是美国Maxwell公司针对空间应用推出的具有高性能计算和片上数据处理能力．同时还具备高可靠性和翻转免疫能力的单板计算《航天标准1f／5))2012年第3期图1Mae