多核DSP在空间中子探测仪中的应用.pdf

《多核DSP在空间中子探测仪中的应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第35卷第2期核电子学与探测技术V01．35No．22015年2月NuclearElectronics&DetectionTechnologyFeb．20l5多核DSP在空间中子探测仪中的应用鲁旭，乔纯捷2，盛利元(1．中南大学物理与电子学院，长沙410003；2．国防科大机电工程与自动化学院，长沙410073)摘要：空间任务要求电子系统在很少甚至没有维护的情况下稳定工作，但空间电子系统易受到粒子辐射的影响而导致功能紊乱。为了解决空间中子探测仪中的通用多核DSP受粒子辐射影响所导致的程序安全性下降的问题，需要对DSP进行抗辐射加

2、固。本文将介绍中子探测仪中的多核DSP所采用的多种抗SEU软件防护措施。故障注入实验表明，这些防护方法能够有效地减少5EU导致的软件错误。关键词：通用多核DSP；空间中子探测；空间辐射；程序安全；SEU软件防护中图分类号：TP202+．1文献标志码：A文章编号：0258-0934(2015)02-0198-04空间中子探测仪通过对粒子辐射探测器的使系统对粒子辐射不敏感。斯坦福大学的高可输出信号进行完整的高速采样，再对离散的数靠计算中心在卫星平台对两种方案进行了对比字序列进行处理，不仅可以实时地完成信号幅实验，结果表明两种方案构建

3、的系统的稳定性度的分析，而且可以实现信号时域特征和频域处于同一水平【2J。对于工作时间较短的小卫特征的提取，以得到射线能量、射线种类和时间星、微小卫星，采用CO器件是一种更可行的等信息。为满足中子探测仪对处理器性能的要方案引。求，采用高性能多核DSP实现空间中子探测仪空间中子探测仪的信号处理平台采用了中的数字信号处理平台。TI的TM5320C6472【4数字信号处理器。对在复杂空间环境中，空间辐射造成的总剂TMS320C6472进行了抗辐照总剂量性能测试，量效应和单粒子翻转(SEU)严重影响电子系统在辐照总剂量累积到60Krad

4、(si)的情况下该型的性能，导致系统中器件工作特性恶化⋯。总号DSP仍然工作正常，测试结果表明在采用了剂量效应影响DSP内部PN结电路的阈值电压屏蔽防护之后，TMS320C6472能够满足低轨空和静态漏极电流，剂量的沉积将导致DSP功能间应用对总剂量的要求。本文重点介绍在空间的失效。sEu影响DSP存储器中的数据，进而中子探测仪中针对TMS320C6472所采取的一影响DSP信号处理的结果和逻辑功能。目前系列软件抗SEU措施。有两种方法减小空间辐射对电子系统的影响：一是采用抗辐射、高可靠的电子器件进行系统1空间中子探测仪系统搭建

5、，但其设计周期长、成本高，性能远低于通中子探测仪的系统框图如图I所示。探测用器件。二是采用高性能COTS(Commercial器检测到电荷之后将电荷输出到前置放大器，OfTheSheD)器件，辅以系统软件的容错设计，对信号进行初步放大，谱仪放大器对前置放大器的输出进一步放大，使信号达到便于测量和收稿日期：2014—11—10分析的程度。ADC对输入信号进行四通道采作者简介：鲁旭(1989一)，男，湖南岳阳人，在读硕士样，将信号数字化之后输入到信号处理平台进研究生，主要从事数字信号处理研究。行统计、分析和信号处理。信号处理平台采用

6、198了FPGA+DSP的方案：FPGA对高速ADC采GA的通信接口部分。FPGA也管理DSP程序集输人的四通道数据进行预处理，然后将数据的上电加载和复位。输入DSP；DSP处理完成之后将结果输送回FP-I探溯器}'赢-{数据接收。l探测器●血●醵彗Il信息提取．奄1探测器●净●辩口曲I参数发送’I探测嚣}-●Fl

7、GADSP珊GA辐射探测阵列前端数据接收信号处理平台图1空间中子探测仪系统结构TMS320C6472是，I'I为高性能计算所设计软件容错技术。的定点DSP。TMS320C6472有六个优化了的2多核任务调度与有限状态

8、机C64x+核心。C64x+核心的存储系统以两级缓存(L1和L2)的架构集成了大量片上内存，DSP在运行过程中受到SEU影响后可能以满足数据处理对存储容量的要求。此外，会导致程序出错。采用主从方式对多核任务进TMS320C6472还集成了一片共享存储器SL2行有效的调度，可对各个DSP核心的运行状态以方便多核心之间的数据交换。TMS320C6472进行监测以及时处理SEU造成的单核程序崩有丰富的内部控制接口和外围资源以满足空间溃。此外，单个核心采用有限状态机对核心的中子探测仪对信号处理和数据交换的要求。流程进行控制，即使程序运行

9、出错，也能保证核针对空间应用，常用的软件容错方法主要心回到复位状态。采用主从方式和有限状态机有三模冗余(TMR，TripleModuleRedundancy)、对系统的流程进行控制之后可有效防止DSP错误控制编码(ECC，ErrorControlCode)和控制