先进制程芯片在轨飞行验证通用系统设计

中国空间站的建立为国产先进制程芯片提供了真实的在轨飞行验证条件。为实现不同种类、不同型号国产先进制程电子元器件在空间辐射环境中的验证,设计了一种通用的在轨飞行验证系统。系统采用“主控单元+试验单元”的平台架构,运用在轨可更换模块和可重构的系统设计,支持航天员定期在轨更换试验模块以完成验证任务的在轨升级。文中给出系统的硬件设计、软件数据管理机制以及在轨飞行验证结果。结果表明,该系统设计有效,成功完成了16 nm FinFET、28 nm亿门级FPGA、高速DAC等10类20余款国产先进制程芯片的在轨工作监测,可为国产先进制程芯片空间适用性研究提供参考。

基于向量表的RISC-V处理器普通中断与NMI优化设计

针对有实时性需求的精简指令集计算机(Reduced Instruction Set Computer,RISC)-V处理器中断响应延迟过长的问题,本文改进了中断响应中中断服务程序跳转地址计算的方式,扩展了不可屏蔽中断(Non-Maskable Interrupt,NMI)响应时的控制寄存器,提出了硬件矢量中断以及NMI相关控制寄存器扩展。硬件矢量中断提高了中断的响应速度,减少了中断响应的延迟。NMI扩展控制寄存器减少了NMI的响应延迟,减少了软件需要进行的保存现场操作。利用VCS仿真验证了中断优化的正确性以及性能。仿真结果表明,硬件矢量中断响应时间缩短了84.4%,响应速度提高为原本的6倍,NMI扩展控制寄存器减少了31个时钟周期的响应时间以及32个时钟周期的返回时间。

基于多目标优化的微纳卫星群姿态控制

在微纳卫星群姿态控制中,要求多个卫星相互协同,能够快速达到期望的目标姿态,同时要求能耗最小.本文提出微纳卫星群姿态控制的多目标优化模型,以同时优化卫星姿态的角度误差和降低能耗2个性能指标函数.基于MATLAB用弹性约束法求解该优化问题,得到了多目标优化的帕累托前沿,并给出了其相应的卫星姿态,实现了多个微纳卫星姿态机动控制和协同控制.仿真结果表明本文运用的多目标优化方法在微纳卫星姿态机动控制和协同控制中是有效的.

基于快速舍入的双精度浮点乘法器的设计

文章设计了一个基于快速舍入的双精度浮点乘法器。它通过预测和选择实现快速舍入,克服了传统舍入方法舍入模式单一、舍入逻辑复杂、硬件开销大等不足,显著地提高了浮点乘法器的性能。该浮点乘法器采用四级流水线,在0.18!mCMOS工艺下综合实现,关键路径延迟为3.15ns。

浮点乘法器中的舍入方法研究

文章针对浮点乘法器中的尾数舍入方法进行了研究,提出了一种基于预测和选择的快速舍入方法。相对于传统的舍入方法,这种方法通过预测和选择来实现快速舍入,舍入过程相对简单,减小了实现时的硬件开销和关键路径延时,明显地提高了浮点乘法器的性能,并且精度越高,性能提高的空间越大。

低功耗并行的二维离散小波变换的VLSI结构

提出了一种基于提升算法的低功耗并行的二维离散小波变换的VLSI结构。提出结构的同时进行行和列方向的处理,不需要额外的缓存来存储用于列变换的中间变换系数。通过分时复用关键的运算功能模块,该结构同时可以对两行数据进行处理,硬件的利用率达到100%。边界对称扩展通过嵌入式电路实现,大大降低了需要的片上存储器的数量以及对片外存储器的访问,有效地降低了系统的功耗。

系统级封装(SiP)模块的热阻应用研究

半导体行业正朝着高集成度、小尺寸方向飞速发展,具有大规模、多芯片、3D立体化封装等优势的系统级封装(Si P)受到越来越多的关注。Si P中IC芯片多且集中,功耗密度大,因此其散热特性研究尤为重要。封装模块的散热特性用热阻表征,以塑封Si P模块为研究对象,介绍了器件级结-壳热阻和板级结-板热阻分析方法,采用热阻矩阵描述了芯片间的相互热作用和封装散热特性。结合芯片应用要求,将热阻矩阵用于封装内部芯片结温的预测。结果表明,热阻矩阵可快速准确地预估芯片结温。此结温预估方法完整可行,便捷高效,具有较高的应用价值。

基于图神经网络的门级硬件木马检测方法

集成电路(IC)供应链的全球化已经将大多数设计、制造和测试过程从单一的可信实体转移到世界各处各种不可信的第三方实体。使用不可信的第三方知识产权(3PIP)可能面临着设计被对手植入硬件特洛伊木马(HTs)的巨大风险。这些硬件木马可能会使原有设计出现性能降低、信息泄露甚至发生物理层面不可逆的破坏,严重危害消费者的隐私、安全和公司的信誉。现有文献中提出的多种硬件木马检测方法,具有以下缺陷:对黄金参考电路的依赖、测试向量覆盖率的要求甚至是手动代码审查的需要,同时随着集成电路规模的增大,低触发率的硬件木马更加难以被检测。因此针对上述问题,该文提出一种基于图神经网络硬件木马的检测方法,在无需黄金参考电路以及逻辑测试的情况下实现了对门级硬件木马的检测。该方法利用图采样聚合算法(GraphSAGE)学习门级网表中的高维图特征以及相应节点特征,并采用有监督学习进行检测模型的训练。该方法探索了不同聚合方式以及数据平衡方法下的模型的检测能力。该模型在信任库(Trust-Hub)中基于新思90 nm通用库(SAED)的基准训练集的评估下,实现了92.9%的平均召回率以及86.2%的平均F1分数(平均聚合,权重平衡),相比目前最先进的学习模型F1分数提高了8.4%。而应用于基于系统250 nm库(LEDA)的数据量更大的数据集时,分别在组合逻辑类型硬件木马检测中获得平均83.6%的召回率、70.8%的F1,在时序逻辑类型硬件木马检测工作中获得平均95.0%的召回率以及92.8%的F1分数。

改进粒子滤波算法在深空红外小目标跟踪中的应用

非负矩阵分解具有较好的特征提取性能,广泛应用于数据融合领域,而粒子滤波则是一种处理非线性和非高斯动态系统状态估计的有效方法.该文结合两种算法的优点,提出了一种基于改进粒子滤波的红外小目标跟踪算法.利用NMF融合当前与之前的粒子分布权重,减小经典粒子滤波退化发散带来的精度误差.避免了目标遮挡及暂时消失带来的跟踪错误.仿真实验证明本文算法相对于经典粒子滤波,具有更好的跟踪精度和稳定性.

高速SpaceWire协议IP的可靠性增强方法

针对航天高速SpaceWire总线系统对协议IP的高可靠性要求,提出一种用于静态随机访问存储器(SRAM)型现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)的增强三模冗余(TMR)方法。该方法对传统三模冗余和部分三模冗余做了改进,将需要进行三模冗余的原设计分为一般单元集和可靠性薄弱的关键单元集,对一般单元集中的每个单元做三模冗余,对关键单元集中的每个单元做顺序四模冗余。给出了顺序四模冗余的可靠度计算式和表决器的布尔表达式。建立了系统可靠性的马尔科夫模型并基于模型开展了可靠性仿真。仿真结果表明增强三模冗余系统的可靠性不仅明显优于传统三模冗余系统,而且优于部分三模冗余系统,使系统可靠性得到有效提高。

SpaceWire-D的调度表生成方法

针对航天高速SpaceWire-D提出了一种调度表生成方法。该方法基于贪婪算法和SMT求解器。贪婪算法是主体,在每次迭代中以调度表的分布均匀性为优化原则产生一个约束集作为SMT求解器的输入参数,然后调用SMT求解器。SMT求解器是重要工具,用于对输入参数的可满足性进行判定,如果可满足则将输出的模型作为生成的调度表。此外,还提出了设置分片长度、确定时间槽大小以及划分冲突域的策略。最后,通过试验对方法的效果进行了验证。结果表明,生成调度表的时间较短且调度表具有良好的分布均匀性。

专用指令集处理器系统级设计方法

以专用指令集处理器(ASIP)为核心的SoC系统是基于特定应用,设计嵌入式处理器的一个重要发展方向。给出了一种高效的系统级指令集模型设计空间搜索和体系结构仿真的方法。该方法可以在设计的早期阶段对软件和硬件进行协同设计和仿真,针对应用优化系统性能。利用该方法成功设计的ASIP系统,完成基4-64点DIF FFT需要310个时钟周期。

SoC验证方法学研究与应用

SoC系统功能日益复杂,规模也日益庞大,SoC验证面临着前所未有的挑战.对SoC验证方法学进行了研究和总结,包括验证流程、验证层次和验证技术.通过对基于DW8051的SoC的验证实践,证明了这套验证方法学的可行性和有效性.

基于云计算的航天器控制系统自组织体系结构

针对目前航天器控制系统中计算单元冗余备份过多但系统动态效能不足的问题,提出一种航天器控制系统自组织体系结构,通过高速对等网络将系统建立在云计算的基础上,取消单节点的冗余备份,以系统整体能力为单个节点做备份,当出现节点故障时动态迁移其程序和数据到其他正常节点以继续其功能,从而实现系统在故障时计算体系的动态聚合重构.

一种新型单粒子翻转加固SRAM单元

随着器件特征尺寸缩小,发生在敏感节点之间的电荷共享使加固静态随机存储器(SRAM)单元容易发生单粒子翻转(SEU)。通过对ROCK,WHIT,Quatrol及JUNG等SRAM单元的SEU加固机理分析,提出一种新型SEU加固SRAM单元,并从面积、延时、功耗和SEU恢复时间等方面对传统加固单元和新结构进行了对比与分析。结果表明新型SEU加固SRAM单元具有更高的临界电荷和更低的SEU恢复时间。由于其只有两个翻转敏感节点对,新结构抗SEU的能力优于ROCK,Quatrol和JUNG结构。新提出的结构以较小的面积和性能代价,显著提高SRAM单元抗SEU能力,可有效降低SRAM型存储器在深亚微米工艺节点的软错误率。

片上系统(SoC)空间应用前景及可靠性若干问题的思考

调研了国内外SoC空间应用现状,分析了国内外SoC空间应用以及可靠性方面的差距,总结了国产SoC空间应用存在的可靠性问题,提出了相关建议,供产品设计单位及可靠性专业单位参考。

SoC技术在空间应用中的需求分析

在研究国外NASA和ESA的SoC应用及发展情况基础上,结合卫星电子系统组成、SoC在空间应用的技术优势以及当前卫星电子系统小型化对SoC技术的迫切需求,阐明空间应用SoC技术的发展需求,提出SoC空间应用的技术方案。

辐射效应对SRAM型FPGA可靠性的影响分析

分析了空间辐射环境对SRAM型FPGA可靠性的影响,总结归纳了空间应用SRAM型FPGA的故障模式,供FPGA产品设计人员参考。

人工耳蜗语音信号处理CIS算法的设计与实现

文中采用硬件方法对人工耳蜗语音信号处理的CIS算法加以实现.分析了人工耳蜗的基本组成和CIS算法的原理,采用二阶节级连的形式来实现各通道的IIR滤波器,降低系数间的差异;采用乒乓操作来减少存储器的需求;兼容SPEAK策略,具有灵活的调节能力.仿真结果满足精度和频率的要求.

关于空间应用SoC可靠性设计与验证的思考

介绍了国内外空间应用SoC的研究现状,建立了空间应用SoC可靠性设计流程,总结归纳了相关的可靠性设计、加固方法以及可靠性验证技术,并提出了未来的研究方向和相关工作建议,供相关人员参考。