一種在軌可重構(gòu)方法
【專利摘要】由于SRAM型FPGA在軌容易發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)，而反熔絲型FPGA具有內(nèi)部資源少、可靠性高、適用于在軌控制的優(yōu)勢，因此本發(fā)明提出一種基于反熔絲型FPGA和SRAM型FPGA的在軌可重構(gòu)方法，該方法組合反熔絲型FPGA和SRAM型FPGA進(jìn)行在軌重構(gòu)，利用反熔絲型FPGA接收地面上傳的重構(gòu)數(shù)據(jù)，對SRAM型FPGA進(jìn)行功能重構(gòu)，既能確保SRAM型FPGA的穩(wěn)定可靠工作，又能適應(yīng)航天器的在軌更新和維護(hù)性需求。
【專利說明】一種在軌可重構(gòu)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天在軌【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于反熔絲型FPGA和SRAM型FPGA 的在軌可重構(gòu)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前FPGA在航天領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，航天器主要采用反熔絲型和SRAM 型兩種類型的FPGA。
[0003] 反熔絲型FPGA優(yōu)點是具有非易失性，無需配置芯片，無配置電流要求，上電即可 運(yùn)行，缺點是內(nèi)部資源少，不滿足復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)算、控制需求，且由于本身特性，不可重復(fù)編 程，不能滿足在軌重構(gòu)的要求。SRAM型FPGA優(yōu)點是內(nèi)部資源豐富，可重復(fù)編程，但由于其 功能實現(xiàn)依賴其內(nèi)部的配置數(shù)據(jù)，在空間輻射環(huán)境中工作易受到單粒子翻轉(zhuǎn)的影響，單粒 子翻轉(zhuǎn)會導(dǎo)致SRAM型FPGA的配置單元中發(fā)生位翻轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)錯誤，嚴(yán)重時會損傷器 件。
[0004] 近年來隨著FPGA產(chǎn)品規(guī)模的不斷擴(kuò)大和集成度的不斷提高，特別是基于SRAM型 的FPGA具有可重復(fù)編程的特性使其能夠進(jìn)行在軌更新和維護(hù)，因而這種FPGA被越來越多 地應(yīng)用于航天領(lǐng)域。另外由于航天產(chǎn)品對可靠性的特殊要求，所以如何在實現(xiàn)在軌可重構(gòu) 功能的同時提高FPGA的故障容錯能力變得越來越重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于反熔絲型FPGA和SRAM型FPGA的在軌可重 構(gòu)方法，該方法能確保SRAM型FPGA的穩(wěn)定可靠工作，適應(yīng)航天器的在軌更新和維護(hù)性需 求。
[0006] 本發(fā)明的基于反熔絲型FPGA的SRAM型FPGA在軌可重構(gòu)方法，其包括：
[0007] 步驟1，反熔絲型FPGA接收到天地通訊接口上傳的重構(gòu)指令后，在軌航天器進(jìn)入 重構(gòu)模式，反熔絲型FPGA暫停對SRAM型FPGA的定時刷新工作，控制重構(gòu)存儲器的擦除，為 存儲重構(gòu)數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備；
[0008] 步驟2,反熔絲型FPGA接收到天地通訊接口上傳的重構(gòu)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的 解析和轉(zhuǎn)換獲得重構(gòu)數(shù)據(jù)，反熔絲型FPGA的存儲邏輯將解析正確的重構(gòu)數(shù)據(jù)寫入到重構(gòu) 存儲器，并進(jìn)行三備份；
[0009] 步驟3,反熔絲型FPGA控制SRAM型FPGA的模塊配置引腳，使其工作在被動并行配 置方式，此時SRAM型FPGA受控于反熔絲型FPGA進(jìn)入被動并行配置模式，正常工作暫停； [0010] 步驟4,反熔絲型FPGA啟動重構(gòu)過程，按照重構(gòu)存儲器的讀時序要求讀取存儲的 配置數(shù)據(jù)，并進(jìn)行三取二比較，三備份中相同的兩份活三份為正確數(shù)據(jù)，將比對后的正確數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的配置格式數(shù)據(jù)并按照被動并行接口所需的時序向SRAM型FPGA寫入，在重 構(gòu)配置過程中，反熔絲型FPGA實時采集SRAM型FPGA的配置狀態(tài)信號，以監(jiān)控配置電路的 工作狀態(tài)；
[0011] 步驟5,反熔絲型FPGA完成對SRAM型的重構(gòu)配置，且監(jiān)控到SRAM型FPGA的配置 完成狀態(tài)后，輸出復(fù)位信號至SRAM型FPGA，SRAM型FPGA對內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始化操作后 進(jìn)入正常工作模式；
[0012] 步驟6,在正常工作模式下，反熔絲型FPGA在不中斷SRAM型FPGA正常工作的情況 下，向SRAM型FPGA的配置存儲區(qū)循環(huán)反復(fù)寫入正確的配置數(shù)據(jù)，使配置區(qū)發(fā)生的錯誤能及 時得到糾正。
[0013] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0014] 由于SRAM型FPGA在軌容易發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)，而反熔絲型FPGA具有內(nèi)部資源少、 可靠性高、適用于在軌控制的優(yōu)勢，因此組合反熔絲型FPGA和SRAM型FPGA，利用反熔絲型 FPGA接收地面上傳的重構(gòu)數(shù)據(jù)，對SRAM型FPGA進(jìn)行功能重構(gòu)，既能確保SRAM型FPGA的穩(wěn) 定可靠工作，又能適應(yīng)航天器的在軌更新和維護(hù)性需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的基于反熔絲型FPGA和SRAM型FPGA的在軌可重構(gòu)方法示意圖；
[0016] 圖2是本發(fā)明的基于反熔絲型FPGA和SRAM型FPGA的在軌可重構(gòu)方法的刷新工 作示意圖。

【具體實施方式】
[0017] 由于反熔絲型FPGA內(nèi)部資源少，可靠性高，適用于在軌控制，而SRAM型FPGA抗較 低，資源豐富，適用于在軌復(fù)雜功能的實現(xiàn)。因此能使用反熔絲型FPGA和SRAM型FPGA的 組合實現(xiàn)系統(tǒng)在軌功能的重構(gòu)。由反熔絲型FPGA實現(xiàn)天地通訊接口和重構(gòu)功能，接收地面 上傳的重構(gòu)數(shù)據(jù)，對SRAM型FPGA進(jìn)行功能重構(gòu)，以適應(yīng)航天器在軌更新和維護(hù)性需求。該 技術(shù)可同時滿足在軌航天器對FPGA的功能復(fù)雜性要求和在軌可重構(gòu)要求。
[0018] FPGA在軌可重構(gòu)技術(shù)來源于導(dǎo)航二代二期數(shù)據(jù)處理與路由單元任務(wù)。該設(shè)備應(yīng)用 于綜合電子分系統(tǒng)。其中的星間鏈路模塊使用了該技術(shù)。
[0019] 反熔絲型FPGA使用的是A54SX72A-CQ208,典型門數(shù)72, 000門，工作時鐘頻率可達(dá) 250MHz，內(nèi)核供電為是2. 5V，I/O供電兼容3. 3V和5V。
[0020] SRAM型的FPGA使用XQR2V3000-4CG717,系統(tǒng)門數(shù)300萬門，工作時鐘頻率可達(dá) 420MHz，內(nèi)核供電1. 5V，I/O供電3. 3V，支持20多種I/O接口標(biāo)準(zhǔn)。
[0021] 重構(gòu)存儲器使用的是29LV400,16位N0R型FLASH，存儲空間。天地通訊接口采用 同步RS422接口。
[0022] 圖1是本發(fā)明的基于反熔絲型FPGA和SRAM型FPGA的在軌可重構(gòu)方法示意圖；如 圖1所示，實現(xiàn)重構(gòu)的步驟：
[0023] 1)反熔絲型FPGA接收到天地通訊接口上傳的重構(gòu)指令后，系統(tǒng)進(jìn)入重構(gòu)模式，反 熔絲型FPGA暫停對SRAM型FPGA的定時刷新工作，控制重構(gòu)存儲器的擦除，為存儲重構(gòu)數(shù) 據(jù)做準(zhǔn)備。如圖2所示。
[0024] 2)反熔絲型FPGA接收到天地通訊接口上傳的重構(gòu)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的解析 和轉(zhuǎn)換，反熔絲型FPGA的存儲邏輯將解析正確的重構(gòu)數(shù)據(jù)寫入到重構(gòu)存儲器，并進(jìn)行三備 份。
[0025] 3)反熔絲型FPGA控制SRAM型FPGA的模塊配置引腳，使其工作在被動并行配置方 式。此時SRAM型FPGA受控于反熔絲型FPGA進(jìn)入被動并行配置模式，正常工作暫停。
[0026] 4)反熔絲型FPGA啟動重構(gòu)過程，按照重構(gòu)存儲器的讀時序要求讀取存儲的配置 數(shù)據(jù)，并進(jìn)行三取二比較，將比對后的正確數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的配置格式數(shù)據(jù)并按照被動并 行接口所需的時序向SRAM型FPGA寫入。在重構(gòu)配置過程中，反熔絲型FPGA實時采集SRAM 型FPGA的配置狀態(tài)信號，以監(jiān)控配置電路的工作狀態(tài)。
[0027] 5)反熔絲型FPGA完成對SRAM型的重構(gòu)配置，且監(jiān)控到SRAM型FPGA的配置完成 狀態(tài)后，輸出復(fù)位信號至SRAM型FPGA。SRAM型FPGA對內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始化操作后進(jìn)入 正常工作模式。
[0028] 6)正常工作模式下，為防止SRAM型FPGA配置存儲區(qū)發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)，反熔絲型 FPGA在不中斷SRAM型FPGA正常工作的情況下，向SRAM型FPGA的配置存儲區(qū)循環(huán)反復(fù)寫 入正確的配置數(shù)據(jù)，確保配置區(qū)發(fā)生的錯誤能及時得到糾正。
[0029] 當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于反熔絲型FPGA和SRAM型FPGA的在軌可重構(gòu)方法，其特征在于，包括： 步驟1，反熔絲型FPGA接收到天地通訊接口上傳的重構(gòu)指令后，在軌航天器進(jìn)入重構(gòu) 模式，反熔絲型FPGA暫停對SRAM型FPGA的定時刷新工作，控制重構(gòu)存儲器的擦除，為存儲 重構(gòu)數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備； 步驟2,反熔絲型FPGA接收到天地通訊接口上傳的重構(gòu)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的解析 和轉(zhuǎn)換獲得重構(gòu)數(shù)據(jù)，反熔絲型FPGA的存儲邏輯將解析正確的重構(gòu)數(shù)據(jù)寫入到重構(gòu)存儲 器，并進(jìn)行三備份； 步驟3,反熔絲型FPGA控制SRAM型FPGA的模塊配置引腳，使其工作在被動并行配置方 式，此時SRAM型FPGA受控于反熔絲型FPGA進(jìn)入被動并行配置模式，正常工作暫停； 步驟4,反熔絲型FPGA啟動重構(gòu)過程，按照重構(gòu)存儲器的讀時序要求讀取存儲的配置 數(shù)據(jù)，并進(jìn)行三取二比較，三備份中相同的兩份活三份為正確數(shù)據(jù)，將比對后的正確數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換成標(biāo)準(zhǔn)的配置格式數(shù)據(jù)并按照被動并行接口所需的時序向SRAM型FPGA寫入，在重構(gòu)配 置過程中，反熔絲型FPGA實時采集SRAM型FPGA的配置狀態(tài)信號，以監(jiān)控配置電路的工作 狀態(tài)； 步驟5,反熔絲型FPGA完成對SRAM型的重構(gòu)配置，且監(jiān)控到SRAM型FPGA的配置完成 狀態(tài)后，輸出復(fù)位信號至SRAM型FPGA，SRAM型FPGA對內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始化操作后進(jìn)入 正常工作模式； 步驟6,在正常工作模式下，反熔絲型FPGA在不中斷SRAM型FPGA正常工作的情況下， 向SRAM型FPGA的配置存儲區(qū)循環(huán)反復(fù)寫入正確的配置數(shù)據(jù)，使配置區(qū)發(fā)生的錯誤能及時 得到糾正。
【文檔編號】G06F11/14GK104063292SQ201410299986
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】趙磊, 欒曉娜, 韓德崇, 曹大成 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一三研究所