鬼佬大哥大
  • / 12
  • 下載費用:30 金幣  

用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護系統及方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510422774.8

申請日:

2015.07.17

公開號:

CN105068969A

公開日:

2015.11.18

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 15/177申請日:20150717|||公開
IPC分類號: G06F15/177 主分類號: G06F15/177
申請人: 西安空間無線電技術研究所
發明人: 蔣麗鳳; 馬婷; 張彥; 劉軍峰; 邢建麗
地址: 710100陜西省西安市長安區西街150號
優先權:
專利代理機構: 中國航天科技專利中心11009 代理人: 馬全亮
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201510422774.8

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.02.09|||2015.12.16|||2015.11.18

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護系統及方法,目的是解決空間環境下數字信號處理平臺的SEFI(Single Event Upset單粒子功能中斷)問題。本發明通過多種措施的有機融合,細化和完善支持多層級單粒子軟錯誤防護、檢測和恢復技術的平臺架構,提出了系統的DSP和FPGA單粒子功能中斷故障檢測及恢復方法,可有效減緩數字信號處理平臺的SEFI效應。本發明可以有效克服長時間在軌工作的系統單粒子功能中斷問題。

權利要求書

1.用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護系統,其特征在于包
括:FPGA芯片、DSP芯片、SEFI檢測恢復單元、第一存儲器和第二存儲器,SEFI
檢測恢復單元包含FPGA狀態檢測及恢復模塊、DSP狀態檢測及恢復模塊、回讀
校驗及刷新模塊、配置模塊、看門狗、DSP加載控制模塊和存儲器控制模塊;
FPGA芯片將工作狀態信號發送到FPGA狀態檢測及恢復模塊,FPGA狀態檢
測及恢復模塊檢測FPGA芯片的工作狀態,若FPGA芯片工作正常,則繼續進行
工作狀態檢測,若FPGA芯片發生單粒子功能中斷SEFI,則FPGA狀態檢測及恢
復模塊發送復位信號給FPGA芯片,令其復位重配置;
配置模塊通過存儲器控制模塊控制第一存儲器,從第一存儲器中將FPGA
芯片的配置程序加載到FPGA芯片的配置存儲區,回讀校驗及刷新模塊從FPGA
芯片的配置存儲區將狀態寄存器和控制寄存器的值讀取出來,與狀態寄存器和
控制寄存器的原始值進行比對,若相同,則繼續進行回讀檢測,若不同,則給
錯誤指示信號到FPGA狀態檢測及恢復模塊,通過回讀校驗及刷新模塊對FPGA
芯片進行配置存儲區刷新,如果狀態仍異常,則通過FPGA狀態檢測及恢復模塊
對FPGA芯片復位重配置;
DSP芯片將工作狀態信號發送到DSP狀態檢測及恢復模塊,DSP狀態檢測及
恢復模塊檢測DSP芯片的工作狀態,若DSP芯片工作正常,則判斷檢測點信息
是否需要存儲,若屬于要保護的檢測點,則將檢測點信息通過存儲器控制邏輯
存儲到第二存儲器,并繼續進行工作狀態檢測,若不需要存儲檢測點,仍繼續
進行工作狀態檢測,若DSP芯片發生SEFI,則DSP狀態檢測及恢復模塊發送復
位信號給DSP芯片,令其復位;所述檢測點是指用于恢復DSP工作現場的DSP
程序中的位置點;
DSP加載控制模塊通過存儲器控制模塊控制第二存儲器,從第二存儲器中
將DSP芯片的配置程序加載到DSP芯片的配置存儲區;
看門狗模塊定時接收來自DSP芯片的工作狀態指示信號,若長時間沒有收
到指示信號,看門狗模塊對DSP芯片進行復位。
2.用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護方法,其特征在于步驟如
下:
(1)配置模塊通過存儲器控制模塊控制第一存儲器,從第一存儲器中將
FPGA芯片的配置程序加載到FPGA芯片的配置存儲區;DSP加載控制模塊通過存
儲器控制模塊控制第二存儲器,從第二存儲器中將DSP芯片的配置程序加載到
DSP芯片的配置存儲區;
(2)FPGA芯片將工作狀態信號發送到FPGA狀態檢測及恢復模塊,FPGA
狀態檢測及恢復模塊檢測FPGA芯片的工作狀態,若FPGA芯片工作正常,則繼
續進行工作狀態檢測,若FPGA芯片工作異常,則表示發生了單粒子功能中斷
SEFI,則FPGA狀態檢測及恢復模塊發送復位信號給FPGA芯片,令其復位重配
置;
回讀校驗及刷新模塊從FPGA芯片的配置存儲區將狀態寄存器和控制寄存
器的值讀取出來,與狀態寄存器和控制寄存器的值原始值進行比對,若相同,
則繼續進行回讀檢測,若不同,則給錯誤指示信號到FPGA狀態檢測及恢復模塊,
通過回讀校驗及刷新模塊對FPGA芯片進行配置存儲區刷新,如果狀態仍異常,
則通過FPGA狀態檢測及恢復模塊對FPGA芯片復位重配置;
(3)DSP芯片將工作狀態信號發送到DSP狀態檢測及恢復模塊,DSP狀態
檢測及恢復模塊檢測DSP芯片的工作狀態,若DSP芯片工作正常,則判斷檢測
點信息是否需要存儲,若屬于要保護的檢測點,則將檢測點信息通過存儲器控
制邏輯存儲到第二存儲器,并繼續進行工作狀態檢測,若不需要存儲檢測點,
仍繼續進行工作狀態檢測,若DSP芯片工作異常,則表示發生了單粒子功能中
斷SEFI,則DSP狀態檢測及恢復模塊發送復位信號給DSP芯片,令其復位;所
述檢測點是指用于恢復DSP工作現場的DSP程序中的位置點;
看門狗模塊定時接收來自DSP芯片的工作狀態指示信號,若長時間沒有收
到指示信號,看門狗模塊對DSP芯片進行復位,完成所述單粒子效應的防護。
3.根據權利要求2所述的用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護
方法,其特征在于:所述FPGA芯片的工作狀態信號包括DONE信號、BUSY信號、
FAR幀地址寄存器值、狀態寄存器值和控制寄存器值。
4.根據權利要求2所述的用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護
方法,其特征在于:所述步驟(2)具體為:
(4.1)監測DONE信號:檢測DONE信號是否為高電平,若DONE信號為高
電平,則執行步驟(4.2);否則,認為FPGA芯片的上電復位電路發生了單粒子
功能中斷,執行步驟(4.5);
(4.2)監測BUSY信號:檢測BUSY信號是否為高電平,若BUSY信號為高
電平,執行步驟(4.3);否則,認為FPGA芯片發生了SELECTMAP接口的單粒子
功能中斷,執行步驟(4.5);
(4.3)FAR幀地址寄存器讀寫:在進行每次刷新或者回讀操作前,將FAR
幀地址寄存器先寫入FPGA芯片的配置存儲區,判斷回讀出的值是否正確,若正
確,則繼續進行步驟(4.4);否則,認為FPGA芯片發生了SELECTMAP接口的單
粒子功能中斷,執行步驟(4.5);
(4.4)狀態寄存器值和控制寄存器值讀寫:通過回讀狀態寄存器和控制寄
存器的值,如果與默認值不相同,認為FPGA芯片發生了GlobalsignalsSEFI或POR
SEFI,執行步驟(4.5);
(4.5)通過復位重配置或者斷電重配置進行SEFI故障恢復。
5.根據權利要求2所述的用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護
方法,其特征在于:所述步驟(3)具體為:
(5.1)啟動看門狗,在DSP正常工作過程中產生喂狗信號,并監測DSP
芯片發來的工作狀態信號,若工作狀態信號為預期的正確值,則進行步驟(5.2);
否則,認為DSP芯片發生了單粒子功能中斷,執行步驟(5.3);
(5.2)判斷檢測點保存條件是否滿足,若屬于要保護的檢測點,則通過存
儲器控制模塊將檢測點的內容保存至第二存儲器,存儲完成后返回步驟(5.1);
否則,直接返回步驟(5.1);所述要保護的檢測點是指:由用戶指定的DSP程
序中需要做保存動作的位置或者由指定固定間隔時間自動做保存動作的位置;
(5.3)啟動DSP狀態檢測及恢復模塊中的DSP復位邏輯,并執行檢測點恢
復;所述檢測點恢復的內容包括:(1)DSP程序執行現場:包含控制寄存器和通
用寄存器;(2)程序執行棧;(3)程序的計算數據集合。
6.根據權利要求5所述的用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護
方法,其特征在于:所述執行檢測點恢復具體為:
檢測點的恢復由硬件觸發,即被SEFI檢測恢復單元中的DSP狀態檢測及恢
復模塊觸發中斷,根據中斷信號復位DSP,DSP重新啟動后,自動引導,然后以
異常處理的方式執行檢測點恢復;在檢測點恢復過程中,從第二存儲器中讀取
DSP程序上一個檢測點的信息,將信息加載到寄存器和堆棧中,然后跳入指定
的程序地址,重新執行被中斷的程序。

說明書

用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護系統及方法

技術領域

本發明涉及一種用于數字信號處理平臺架構的系統級單粒子效應防護系統
及方法,屬于空間通信技術領域。

背景技術

目前,在星載數字信號處理平臺中,由于主要采用大規模SRAM型FPGA和
DSP完成數字信號處理功能,該類產品發生單粒子效應的概率大大提高。

從公開刊物了解到,針對目前的數字信號處理系統,主要通過冗余、刷新、
糾檢錯等方法來緩解系統的單粒子效應,使得系統在發生SEU的情況下仍能夠
正常工作。但當系統發生SEFI時,以上這些措施也沒辦法解決,必須采取有針
對性的SEFI恢復措施,才能讓系統恢復正常。

發明內容

本發明的目的是:克服現有技術的不足,提供一種用于數字信號處理平臺架
構的單粒子效應防護系統及方法,能夠解決系統的SEFI問題,提升了數字信號
處理系統的空間可靠性。

本發明采用的技術方案是:

用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護系統,包括:FPGA芯片、DSP
芯片、SEFI檢測恢復單元、第一存儲器和第二存儲器,SEFI檢測恢復單元包含
FPGA狀態檢測及恢復模塊、DSP狀態檢測及恢復模塊、回讀校驗及刷新模塊、
配置模塊、看門狗、DSP加載控制模塊和存儲器控制模塊;

FPGA芯片將工作狀態信號發送到FPGA狀態檢測及恢復模塊,FPGA狀態檢
測及恢復模塊檢測FPGA芯片的工作狀態,若FPGA芯片工作正常,則繼續進行
工作狀態檢測,若FPGA芯片發生單粒子功能中斷SEFI,則FPGA狀態檢測及恢
復模塊發送復位信號給FPGA芯片,令其復位重配置;

配置模塊通過存儲器控制模塊控制第一存儲器,從第一存儲器中將FPGA
芯片的配置程序加載到FPGA芯片的配置存儲區,回讀校驗及刷新模塊從FPGA
芯片的配置存儲區將狀態寄存器和控制寄存器的值讀取出來,與狀態寄存器和
控制寄存器的原始值進行比對,若相同,則繼續進行回讀檢測,若不同,則給
錯誤指示信號到FPGA狀態檢測及恢復模塊,通過回讀校驗及刷新模塊對FPGA
芯片進行配置存儲區刷新,如果狀態仍異常,則通過FPGA狀態檢測及恢復模塊
對FPGA芯片復位重配置;

DSP芯片將工作狀態信號發送到DSP狀態檢測及恢復模塊,DSP狀態檢測及
恢復模塊檢測DSP芯片的工作狀態,若DSP芯片工作正常,則判斷檢測點信息
是否需要存儲,若屬于要保護的檢測點,則將檢測點信息通過存儲器控制邏輯
存儲到第二存儲器,并繼續進行工作狀態檢測,若不需要存儲檢測點,仍繼續
進行工作狀態檢測,若DSP芯片發生SEFI,則DSP狀態檢測及恢復模塊發送復
位信號給DSP芯片,令其復位;所述檢測點是指用于恢復DSP工作現場的DSP
程序中的位置點;

DSP加載控制模塊通過存儲器控制模塊控制第二存儲器,從第二存儲器中
將DSP芯片的配置程序加載到DSP芯片的配置存儲區;

看門狗模塊定時接收來自DSP芯片的工作狀態指示信號,若長時間沒有收
到指示信號,看門狗模塊對DSP芯片進行復位。

用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護方法,步驟如下:

(1)配置模塊通過存儲器控制模塊控制第一存儲器,從第一存儲器中將
FPGA芯片的配置程序加載到FPGA芯片的配置存儲區;DSP加載控制模塊通過存
儲器控制模塊控制第二存儲器,從第二存儲器中將DSP芯片的配置程序加載到
DSP芯片的配置存儲區;

(2)FPGA芯片將工作狀態信號發送到FPGA狀態檢測及恢復模塊,FPGA
狀態檢測及恢復模塊檢測FPGA芯片的工作狀態,若FPGA芯片工作正常,則繼
續進行工作狀態檢測,若FPGA芯片工作異常,則表示發生了單粒子功能中斷
SEFI,則FPGA狀態檢測及恢復模塊發送復位信號給FPGA芯片,令其復位重配
置;

回讀校驗及刷新模塊從FPGA芯片的配置存儲區將狀態寄存器和控制寄存
器的值讀取出來,與狀態寄存器和控制寄存器的值原始值進行比對,若相同,
則繼續進行回讀檢測,若不同,則給錯誤指示信號到FPGA狀態檢測及恢復模塊,
通過回讀校驗及刷新模塊對FPGA芯片進行配置存儲區刷新,如果狀態仍異常,
則通過FPGA狀態檢測及恢復模塊對FPGA芯片復位重配置;

(3)DSP芯片將工作狀態信號發送到DSP狀態檢測及恢復模塊,DSP狀態
檢測及恢復模塊檢測DSP芯片的工作狀態,若DSP芯片工作正常,則判斷檢測
點信息是否需要存儲,若屬于要保護的檢測點,則將檢測點信息通過存儲器控
制邏輯存儲到第二存儲器,并繼續進行工作狀態檢測,若不需要存儲檢測點,
仍繼續進行工作狀態檢測,若DSP芯片工作異常,則表示發生了單粒子功能中
斷SEFI,則DSP狀態檢測及恢復模塊發送復位信號給DSP芯片,令其復位;所
述檢測點是指用于恢復DSP工作現場的DSP程序中的位置點;

看門狗模塊定時接收來自DSP芯片的工作狀態指示信號,若長時間沒有收
到指示信號,看門狗模塊對DSP芯片進行復位,完成所述單粒子效應的防護。

所述FPGA芯片的工作狀態信號包括DONE信號、BUSY信號、FAR幀地址寄
存器值、狀態寄存器值和控制寄存器值。

所述步驟(2)具體為:

(4.1)監測DONE信號:檢測DONE信號是否為高電平,若DONE信號為高
電平,則執行步驟(4.2);否則,認為FPGA芯片的上電復位電路發生了單粒子
功能中斷,執行步驟(4.5);

(4.2)監測BUSY信號:檢測BUSY信號是否為高電平,若BUSY信號為高
電平,執行步驟(4.3);否則,認為FPGA芯片發生了SELECTMAP接口的單粒子
功能中斷,執行步驟(4.5);

(4.3)FAR幀地址寄存器讀寫:在進行每次刷新或者回讀操作前,將FAR
幀地址寄存器先寫入FPGA芯片的配置存儲區,判斷回讀出的值是否正確,若正
確,則繼續進行步驟(4.4);否則,認為FPGA芯片發生了SELECTMAP接口的單
粒子功能中斷,執行步驟(4.5);

(4.4)狀態寄存器值和控制寄存器值讀寫:通過回讀狀態寄存器和控制寄
存器的值,如果與默認值不相同,認為FPGA芯片發生了GlobalsignalsSEFI(全局
信號的單粒子功能中斷)或PORSEFI(上電復位電路的單粒子功能中斷),執
行步驟(4.5);

(4.5)通過復位重配置或者斷電重配置進行SEFI故障恢復。

所述步驟(3)具體為:

(5.1)啟動看門狗,在DSP正常工作過程中產生喂狗信號,并監測DSP
芯片發來的工作狀態信號,若工作狀態信號為預期的正確值,則進行步驟(5.2);
否則,認為DSP芯片發生了單粒子功能中斷,執行步驟(5.3);

(5.2)判斷檢測點保存條件是否滿足,若屬于要保護的檢測點,則通過存
儲器控制模塊將檢測點的內容保存至第二存儲器,存儲完成后返回步驟(5.1);
否則,直接返回步驟(5.1);所述要保護的檢測點是指:由用戶指定的DSP程
序中需要做保存動作的位置或者由指定固定間隔時間自動做保存動作的位置;

(5.3)啟動DSP狀態檢測及恢復模塊中的DSP復位邏輯,并執行檢測點恢
復;所述檢測點恢復的內容包括:(1)DSP程序執行現場:包含控制寄存器和通
用寄存器;(2)程序執行棧;(3)程序的計算數據集合。

所述執行檢測點恢復具體為:

檢測點的恢復由硬件觸發,即被SEFI檢測恢復單元中的DSP狀態檢測及恢復模
塊觸發中斷,根據中斷信號復位DSP,DSP重新啟動后,自動引導,然后以異常
處理的方式執行檢測點恢復;在檢測點恢復過程中,從第二存儲器中讀取DSP
程序上一個檢測點的信息,將信息加載到寄存器和堆棧中,然后跳入指定的程
序地址,重新執行被中斷的程序。

本發明與現有技術相比的有益效果是:

(1)本發明為了滿足數字信號處理系統空間環境適應力要求,采用檢測
DONE信號、BUSY信號和FAR值以及狀態寄存器值和控制寄存器值的方法檢測系
統的單粒子功能中斷,解決了由于SELECTMAP接口、POR上電復位電路的SEFI
引起的FPGA上電配置及刷新失效的問題。

(2)本發明通過回寫配置文件及檢測點存儲文件或者系統復位的方式實現
系統功能的恢復,大大降低數字信號處理系統在空間輻射環境下運行時發生單
粒子功能中斷的概率,提升系統的抗單粒子能力。

附圖說明

圖1為本發明防護系統的原理框圖;

圖2為本發明防護方法流程圖;

圖3為本發明用于系統FPGA的SEFI檢測及恢復流程圖;

圖4為本發明用于系統DSP的SEFI檢測及恢復流程圖。

具體實施方式

本發明提供了一種適應于數字信號處理平臺的系統級單粒子效應防護系統
及防護方法,采用SEFI檢測恢復單元進行系統的狀態檢測,判斷FPGA和DSP
若發生SEFI,采取恢復措施。針對FPGA的SEFI檢測及恢復,由SEFI檢測恢
復單元對FPGA進行配置,完成配置后檢測FPGA的DONE信號、BUSY信號、FAR
值、狀態寄存器值及控制寄存器值,若發生SEFI則采取上電重配置或復位方法
進行系統恢復。針對DSP的SEFI檢測及恢復,由SEFI檢測恢復單元對DSP進
行檢測點保存,通過看門狗檢測DSP是否發生SEFI,檢測未發生SEFI,同時保
存檢測點,當發生SEFI時,可以通過恢復檢測點達到還原系統的目的。

如圖1所示,本發明提供的用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護
系統,包括:FPGA芯片、DSP芯片、SEFI檢測恢復單元、第一存儲器和第二存
儲器,SEFI檢測恢復單元包含FPGA狀態檢測及恢復模塊、DSP狀態檢測及恢復
模塊、回讀校驗及刷新模塊、配置模塊、看門狗、DSP加載控制模塊和存儲器
控制模塊;

FPGA芯片將工作狀態信號發送到FPGA狀態檢測及恢復模塊,FPGA狀態檢
測及恢復模塊檢測FPGA芯片的工作狀態,若FPGA芯片工作正常,則繼續進行
工作狀態檢測,若FPGA芯片工作異常,則FPGA狀態檢測及恢復模塊發送復位
信號給FPGA芯片,令其復位重配置;

配置模塊通過存儲器控制模塊控制第一存儲器,從第一存儲器中將FPGA
芯片的配置程序加載到FPGA芯片的配置存儲區,回讀校驗及刷新模塊從FPGA
芯片的配置存儲區將狀態寄存器和控制寄存器的值讀取出來,與狀態寄存器和
控制寄存器的值原始值進行比對,若相同,則繼續進行回讀檢測,若不同,則
給錯誤指示信號到FPGA狀態檢測及恢復模塊,通過回讀校驗及刷新模塊對FPGA
芯片進行配置存儲區刷新,如果狀態仍異常,則通過FPGA狀態檢測及恢復模塊
對FPGA芯片復位重配置;

DSP芯片將工作狀態信號發送到DSP狀態檢測及恢復模塊,DSP狀態檢測及
恢復模塊檢測DSP芯片的工作狀態,若DSP芯片工作正常,則判斷檢測點信息
是否需要存儲,若屬于要保護的檢測點,則將檢測點信息通過存儲器控制邏輯
存儲到第二存儲器,并繼續進行工作狀態檢測,若不需要存儲檢測點,仍繼續
進行工作狀態檢測,若DSP芯片工作異常,則DSP狀態檢測及恢復模塊發送復
位信號給DSP芯片,令其復位;所述檢測點是指用于恢復DSP工作現場的DSP
程序中的位置點;

DSP加載控制模塊通過存儲器控制模塊控制第二存儲器,從第二存儲器中
將DSP芯片的配置程序加載到DSP芯片的配置存儲區;

看門狗模塊定時接收來自DSP芯片的工作狀態指示信號,若長時間沒有收
到指示信號,看門狗模塊對DSP芯片進行復位。

如圖2所示,本發明基于上述單粒子防護系統,還實現了一種用于數字信
號處理平臺架構的單粒子效應防護方法,步驟如下:

(1)配置模塊通過存儲器控制模塊控制第一存儲器,從第一存儲器中將
FPGA芯片的配置程序加載到FPGA芯片的配置存儲區;DSP加載控制模塊通過存
儲器控制模塊控制第二存儲器,從第二存儲器中將DSP芯片的配置程序加載到
DSP芯片的配置存儲區;

(2)FPGA芯片將工作狀態信號(FPGA芯片的工作狀態信號包括DONE信號、
BUSY信號、FAR幀地址寄存器值、狀態寄存器值和控制寄存器值)發送到FPGA
狀態檢測及恢復模塊,FPGA狀態檢測及恢復模塊檢測FPGA芯片的工作狀態,
若FPGA芯片工作正常,則繼續進行工作狀態檢測,若FPGA芯片工作異常,則
表示發生了單粒子功能中斷SEFI,則FPGA狀態檢測及恢復模塊發送復位信號
給FPGA芯片,令其復位;

回讀校驗及刷新模塊從FPGA芯片的配置存儲區將狀態寄存器和控制寄存
器的值讀取出來,與狀態寄存器和控制寄存器的值原始值進行比對,若相同,
則繼續進行回讀檢測,若不同,則給錯誤指示信號到FPGA狀態檢測及恢復模塊,
通過回讀校驗及刷新模塊對FPGA芯片進行配置存儲區刷新,如果狀態仍異常,
則通過FPGA狀態檢測及恢復模塊對FPGA芯片復位;

如圖3所示,具體為:

(2.1)監測DONE信號:檢測DONE信號是否為高電平,若DONE信號為高
電平,則執行步驟(2.2);否則,認為FPGA芯片的上電復位電路(POR)發生了單
粒子功能中斷,執行步驟(2.5);FPGA芯片處于正常狀態時,上電配置完成后,
DONE信號應該一直為高電平,任何時候如果出現DONE為低的情況,FPGA芯片
則需要重新配置,如果DONE信號始終為低,則認為FPGA芯片發生了上電復位
電路(POR)單粒子功能中斷;POR電路是FPGA芯片內部用于監測FPGA芯片核電
壓VCCINT、BANK4的I/O電壓和輔助電壓VCCAUX的電路。當電壓下降時,POR
電路會復位FPGA芯片,清除配置存儲區,電流恢復至上電后的初始狀態,DONE
信號變低。POR-SEFI的現象類似FPGA掉電,或者是PROG信號被拉低。

(2.2)監測BUSY信號:檢測BUSY信號是否為高電平,若BUSY信號為高
電平,執行步驟(2.3);否則,認為FPGA芯片發生了SELECTMAP接口的單粒子
功能中斷,執行步驟(2.5);FPGA芯片處于正常狀態時,寫配置存儲區時,BUSY
信號應該為低電平;在回讀操作開始時,BUSY信號為高電平,BUSY信號變低電
平意味著數據總線上的回讀數據有效;如果從寫模式切換到讀模式后,BUSY信
號超過32個CCLK周期一直為高電平,意味著發生了SELECTMAP接口的單粒子
功能中斷SEFI;

(2.3)FAR幀地址寄存器讀寫:在進行每次刷新或者回讀操作前,將FAR
幀地址寄存器先寫入FPGA芯片的配置存儲區,判斷回讀出的值是否正確,若正
確,則繼續進行步驟(2.4);否則,認為FPGA芯片發生了SELECTMAP接口的單
粒子功能中斷,執行步驟(2.5);FAR是FPGA芯片內部的幀地址寄存器,FARSEFI
可能導致幀地址寄存器無法讀寫,也有可能觸發幀地址寄存器自動計數,從而
導致大面積配置數據錯誤;

(2.4)狀態寄存器值和控制寄存器值讀寫:通過回讀狀態寄存器和控制寄
存器的值,如果與默認值不相同,認為FPGA芯片發生了GlobalsignalsSEFI、POR
SEFI,執行步驟(2.5);FPGA芯片處于正常狀態時,上電配置完成后,狀態寄
存器的值應該為X”00007EFC”,控制寄存器的值應該為X”20000109”,可
以通過回讀狀態寄存器和控制寄存器的值,判斷FPGA芯片是否發生了SEFI;

(2.5)通過復位重配置或者斷電重加載進行SEFI故障恢復。不同的SEFI
對FPGA的影響不相同。POR電路和GlobalSignals的SEFI會使FPGA功能中
斷,必須立即進行重配置。SELECTMAP接口和FAR幀地址寄存器的SEFI不影
響用戶功能,但是會喪失對SEU的檢測和恢復能力,導致SEU錯誤累積,從而
導致系統功能中斷,因此在任務允許的情況下,應該盡快進行重配置;

(3)DSP芯片將工作狀態信號發送到DSP狀態檢測及恢復模塊,DSP狀態
檢測及恢復模塊檢測DSP芯片的工作狀態,若DSP芯片工作正常,則判斷檢測
點信息是否需要存儲,若屬于要保護的檢測點,則將檢測點信息通過存儲器控
制邏輯存儲到第二存儲器,并繼續進行工作狀態檢測,若不需要存儲檢測點,
仍繼續進行工作狀態檢測,若DSP芯片工作異常,則表示發生了單粒子功能中
斷SEFI,則DSP狀態檢測及恢復模塊發送復位信號給DSP芯片,令其復位;所
述檢測點是指用于恢復DSP工作現場的DSP程序中的位置點;

看門狗模塊定時接收來自DSP芯片的工作狀態指示信號,若長時間沒有收
到指示信號,看門狗模塊對DSP芯片進行復位,完成所述單粒子效應的防護。

如圖4所示,具體為:

(3.1)啟動看門狗,在DSP正常工作過程中產生喂狗信號,并監測DSP
芯片發來的工作狀態信號,若工作狀態信號為預期的正確值,則進行步驟(3.2);
否則,認為DSP芯片發生了單粒子功能中斷,執行步驟(3.3);

DSP芯片所發出的工作狀態信號包括DSP的中斷響應信號IACK、中斷代碼、
特定功能的重要變量;例如,DSP芯片采用外部中斷機制工作時,可以通過判
斷IACK和中斷代碼來識別DSP的工作狀態是否正常,若采用外部中斷4,中斷
代碼正常應該為“0010”,若不為“0010”,則可斷定DSP芯片異常中斷;

(3.2)判斷檢測點保存條件是否滿足,若屬于要保護的檢測點,則通過存
儲器控制模塊將檢測點的內容保存至第二存儲器,存儲完成后返回步驟(3.1);
否則,直接返回步驟(3.1);所述要保護的檢測點是指:由用戶指定的DSP程
序中需要做保存動作的位置或者由指定固定間隔時間自動做保存動作的位置;
存儲器控制模塊完成對檢測點的保存和回讀;例如,DSP子程序的程序指針地
址位置;

(3.3)啟動DSP狀態檢測及恢復模塊中的DSP復位邏輯,并執行檢測點恢
復;所述檢測點恢復的內容包括:(1)DSP程序執行現場:包含控制寄存器和通
用寄存器;(2)程序執行棧;(3)程序的計算數據集合。DSP芯片寄存器分為
通用寄存器和控制寄存器兩種。通用寄存器分為兩組寄存器,用于存儲數據和數
據地址指針。DSP芯片共有10個控制寄存器,分別為尋址模式寄存器、控制狀
態寄存器、中斷標志寄存器、中斷設置寄存器、中斷清除寄存器、中斷使能寄
存器、中斷服務表指針、中斷返回指針、不可屏蔽中斷返回指針和程序計數器。
程序執行棧是函數嵌套調用,中斷,任務切換保護現場時存儲相關寄存器的地
方。程序的計算數據集合是指所要恢復的程序現場的關鍵變量。例如,中斷控
制寄存器的單粒子功能中斷,引起意外中斷的發生,擾亂正常程序進程,在檢
測點保存時,將存儲中斷控制寄存器變量值,執行檢測點恢復時,DSP能夠正
確的響應中斷;例如,若DSP完成一個順序執行的計算功能,可以將計算過程
中的重要變量保存,若DSP芯片發生單粒子功能中斷,可以從最近一次的檢測
點進行恢復,確保盡快恢復程序現場;

執行檢測點恢復具體為:檢測點的恢復由硬件觸發,即被SEFI檢測恢復單
元中的DSP狀態檢測及恢復模塊觸發中斷,根據中斷信號復位DSP,DSP重新啟
動后,自動引導,然后以異常處理的方式執行檢測點恢復;在檢測點恢復過程
中,從第二存儲器中讀取DSP程序上一個檢測點的信息,將信息加載到寄存器
和堆棧中,然后跳入指定的程序地址,重新執行被中斷的程序。

綜上所述,本發明所呈現的單粒子效應防護系統及方法,有效減緩了由
FPGA和DSP組成的數字信號處理系統的SEFI問題,提升了數字信號處理系統
的空間環境適應能力。可以廣泛應用于我國軍用通信、導航、遙感衛星的數字
信號處理類產品,推動我國新一代軍用衛星技術向高性能、高可靠、小型化、
長壽命方向發展。

本發明未詳細說明部分屬本領域技術人員公知技術。

關 鍵 詞:
用于 數字信號 處理 平臺 架構 粒子 效應 防護 系統 方法
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:用于數字信號處理平臺架構的單粒子效應防護系統及方法.pdf
鏈接地址:http://www.wwszu.club/p-6385972.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
鬼佬大哥大