一种基于XC7V690T的在轨抗单粒子翻转系统(一)
介绍一种基于XC7V690T的在轨抗单粒子翻转系统架构,可以提高XC7V690T在轨抗单粒子翻转的能力及配置文件注数修改的灵活性。
1.硬件架构
某航天器通信机采用侧向层叠结构形式,共分为4个模块,由后至前依次为电源模块、射频模块、刷新模块及信号处理模块。通信机信号处理及刷新模块设计框图如下图所示,采用Xilinx的SRAM型FPGAXC7V690T平台,功能如下:
1)接收射频模块发送来的中频模拟信号,通过模数转换芯片转换成12bit位宽的数字信号,传送给XC7V690T芯片进行信号处理;
2)将信号数据码流经XC7V690T芯片处理后,通过数模转换芯片转换成中频模拟信号,发送给射频模块;
3)对XC7V690T芯片加载、刷新及重构。
针对该硬件架构,给出模块层和器件层的加固设计方案,针对XC7V690T FPGA的加固设计由三部分组成:电源监控电路和控制电路、XC7V690T FPGA内部调用的SEM核和充当监控和维护核心的AX500 FPGA。AX500 FPGA一方面要监控XC7V690T FPGA配置和SEM工作状态,另一方面要负责监测和控制XC7V690T的供电情况,识别故障后通过刷新和重上电等手段进行故障恢复。
硬件架构由XC7V690T芯片、反熔丝FPGA AX500芯片和4片512Mb容量的FLASH存储器组成。
1)XC7V690T芯片为需进行加固设计的FPGA器件;
2)FLASH用来存储XC7V690T芯片的配置文件;
3)AX500芯片的功能是读取FLASH中的配置信息、上电加载和重载XC7V690T芯片、监控SEMIP核的状态。AX500芯片与XC7V690T芯片接口中的SPI-1为专用配置管脚,用来加载或重载FPGA。
2.软件架构
软件架构如下图。AX500芯片在上电时读取FLASH中的配置信息,通过SPI接口加载目标XC7V690T芯片,加载完成后,监测XC7V690T芯片的SEM IP核返回的状态信号,若检测到配置数据错误、SEM IP核自身发生错误或发生不可纠正的错误,则视需求读取FLASH中的配置信息对目标XC7V690T芯片进行重载操作。
3.XC7V690T配置管理和监控
AX500反熔丝FPGA监控XC7V690T的配置状态,通过监控XC7V690T的DONE信号,若一定时间内反熔丝FPGA未收到DONE信号,表示XC7V690T未配置成功。此时,AX500反熔丝FPGA拉低PROG信号对XC7V690T重新配置。若热启动次数超过8次后仍未成功配置XC7V690T,表示无法进行板内重载,AX500反熔丝FPGA通过遥测链路将模块故障信息下传地面。热启动重载流程如下。
若热启动无法成功配置,则发送指令进行干预。该情况下,收到地面遥控指令,可以进行断电操作,通过断电重载进行恢复。若冷启动8次仍未成功配置XC7V690T,AX500反熔丝FPGA将其断电,并通过遥测链路将模块故障信息下传地面。冷启动加载流程如下。
XC7V690T与AX500配置监控接口具体信号如表所示。