基于双核锁步的多核处理器SEU加固方法

以单粒子翻转为代表的软错误是制约COTS器件空间应用的主要因素之一;为了满足空间应用对高集成卫星电子系统抗辐照防护的要求,提出了一种面向通用多核处理器的单粒子翻转加固方法,通过软件层面双核互检,在不额外增加硬件开销的前提下,充分提高了COTS器件的可靠性,具有良好的可移植性和较强的工程实用价值;进行软件故障注入实验,在程序执行的关键节点注入错误信息,验证该双核互检方法实用性;实验结果表明双核互锁方法可以100%检测出系统中产生的单粒子翻转,抗软错误能力满足应用需要。

FY-4卫星闪电成像仪设计与实现

介绍了我国第一台探测闪电的空间光学遥感仪器——风云四号(FY-4)卫星装载的闪电成像仪的设计与实现。给出了空间光学闪电探测原理。FY-4A星闪电成像仪采用小F数透射光学系统,用双镜头拼接实现大视场覆盖;采用高稳定度超窄带多腔干涉滤光片实现闪电信号滤波,以高速多抽头大光敏元CCD器件为敏感元件获取闪电与背景图像,由实时事件处理器在积分时间内按像元完成焦面数据的多帧背景评估、背景去除、阈值比较和闪电事件编码;采用与闪电事件一致的视场分辨率进行空间滤波,降低云层、陆地和海洋等背景信号对闪电信号的影响。研制的闪电成像仪由闪电成像仪主体、闪电信息处理盒、闪电管理与温控盒和闪电配电盒组成,设计了闪电探测、地标观测和FPGA程序上注三种工作模式。FY-4A星闪电成像仪研制中突破了闪电成像仪分系统总体、超窄带滤光片应用、高帧率CCD器件、实时事件处理器,以及闪电成像仪实验室标定与验证等关键技术。闪电成像仪的指标与国际同类仪器相当。至目前为此在轨测试表明:该闪电成像仪能实现对不同强度闪电事件实时探测,具备对强对流天气过程完整监测和跟踪能力。展望了后续我国闪电成像仪技术的发展和应用需求。

数字信号处理器抗辐射设计技术研究

分析了空间辐射效应对高性能数字信号处理器(DSP)的影响,并对单粒子效应引起的DSP故障模式进行了研究,结合工程实践从器件级和系统级两个层次给出了解决数字信号处理器的抗辐射加固设计技术.器件级的加固技术从存储区、控制寄存器、Cache、乘加器等角度给出解决DSP故障的一些有用方法;系统级的抗辐射设计技术则提出一种由高性能DSP和高可靠性的反熔丝FPGA为主要组成部分的“由顶到底”的星载信号处理平台体系结构,并分析了这种结构在提高DSP对抗空间单粒子效应时的优势.文章给出的有关DSP的可靠性设计方法已经在某卫星通信载荷中成功应用,并通过了各种卫星产品要求的环境试验,该抗辐射可靠性设计方法可以为有关航天电子设备的设计提供参考.

TMS320LF2812在电力系统测频测相装置中的应用

提出了一种基于数字信号处理器(DSP)的测频测相方法,用于同步发电机微机励磁系统中机组频率及机端电压电流相位差的测量,与传统的单片机、PLC或FPGA测频测相装置相比,其硬件电路大为简化,测频测相装置的可靠性极大提高,而且测频测相精度较高,提高了发电机励磁控制的可靠性和控制精度。

基于多核平台的乐观并行离散事件仿真

计算机处理器的发展已进入多核时代,为并行离散事件仿真的推广提供了良好的契机。分析了离散事件仿真多核并行化的并行编程模型及时间同步问题,采用乐观同步协议设计实现了一个基于多核平台的并行离散事件仿真引擎。在具有8个执行核的惠普多核服务器上,使用Phold模型系统地测试了并行仿真引擎的各项开销以及事件粒度、进程数目、前瞻量、事件的本地性对仿真性能的影响。实验结果表明,对于事件粒度较大的仿真应用,基于多核平台的乐观并行离散事件仿真能获得良好的加速比。

CCD视频信号处理器件单粒子效应试验

文章利用重离子地面模拟源,采用图像分析方法,开展了CCD视频信号处理器件单粒子效应系统性试验与测试研究。首先介绍了器件单粒子效应(SEE)试验方案、试验测试系统组成;然后通过试验研究获得了器件单粒子翻转(SEU)和单粒子锁定(SEL)特征参数,评估了视频信号处理器件单粒子翻转、单粒子锁定效应对系统成像性能的影响。试验结果表明:地面试验测试系统可有效实时判断、统计该器件单粒子效应发生事件,并能直观实时观察到单粒子事件发生时遥感图像的变化;视频信号处理器件随着重离子LET值增大,其单粒子截面呈增加趋势,器件对重离子诱发的单粒子效应比较敏感;单粒子锁定对光学遥感器成像任务的危害程度高于单粒子翻转。最后给出了采取单粒子锁定防护建议。

一种数字信号处理器的单粒子翻转加固设计

为了降低数字信号处理器(DSP)电路在太空中发生单粒子翻转事件,本文从触发器单元、存储模块及电路系统三个层面论述了DSP的抗单粒子翻转加固设计。采用该抗单粒子翻转加固方法,实现了一款基于0.18μm CMOS体硅工艺的DSP电路,该电路逻辑规模约为150万门,面积为9.3 mm×9.3 mm。通过重离子加速器模拟试验评估,该DSP电路的单粒子翻转率约为4.37×10^(-11)错误/(位·天)(GEO轨道,等效3 mm Al屏蔽)。

基于TMS320F240 DSP的SVPWM实现

本文给出了基于TMS320F240 DSP的SVPWM实现方法,该方法充分利用了TMS320F240 DSP片内电机控制模块的资源。同时应用于三相整流器系统中,实验结果证实所提出的实现方法是正确可行的。

星载高性能DSP加固设计方法研究

分析了高性能数字信号处理器程序存储区的位翻转、数据存储区的位翻转、外设控制寄存器的功能中断、中断控制寄存器的单粒子功能中断、程序Cache的位翻转、JATAG逻辑的功能中断等原因引起的失效模式,给出了软件设计中的几个有效的加固方法。这些方法应用于某卫星通信载荷设计中,试验证明,这些方法可以有效地对付由单粒子翻转和单粒子功能中断等辐射效应引起的DSP故障或者失效。

一种支持细粒度并行的SDN虚拟化编程框架

软件定义网络(software defined network,简称SDN)通过集中式的控制器提高了网络的可编程性,成为近年来网络领域非常热门的话题.以Openflow网络为代表的软件定义网络将逻辑控制与数据转发相隔离,为网络虚拟化技术提供了良好的平台.集中式的抽象与控制使得SDN虚拟化框架的处理效率成为主要瓶颈.现有的SDN虚拟化框架由于缺乏对细粒度并行的支持,为编程人员充分利用多核/众核资源、控制更大规模的网络带来了极大的挑战.为了提高SDN虚拟化框架的处理效率,提出一种新的SDN虚拟化编程框架,通过新颖的API和运行时,在框架内部支持细粒度的并行处理.该框架通过对网络中流和网络资源进行抽象,使开发人员可以直接通过划分流空间来定义不同的虚拟网络,利用无锁的编程方式对共享的网络资源和流进行操作.实验结果表明,该框架在逻辑控制的执行效率方面具有良好的可扩展性,可以创建出更大规模的虚拟网络,并对其进行更为复杂的控制.

空间DSP加载系统可靠性设计

在空间环境中,长时间运行的空间飞行器信息处理系统存储器容易发生单粒子翻转现象(SEU),而单粒子翻转现象是导致空间飞行器失效的主要原因之一。基于此,通过分析SEU现象对不同类型存储器的影响,阐述SEU现象对加载可靠性的影响。通过重新设计加载系统结构,并引入三模冗余、检纠错编码和定时刷新FLASH存储器的方法,降低系统加载时由于SEU而失败的概率,提高系统加载运行的可靠性。

基于软件的星载DSP减缓单粒子效应措施研究

文章简单介绍了空间环境及单粒子翻转的机理,分析了几种由于单粒子效应引起的DSP失效模式,提出了基于软件设计角度出发的有效减缓DSP单粒子效应的综合加固措施。这些方法已应用于某卫星通信载荷中,通过了所有工程试验。

光电信号处理系统单粒子锁定的解锁控制电路设计及试验验证

针对CCD视频信号处理器件单粒子锁定引起的系统功能中断,开发了光学遥感器光电信号处理系统单粒子锁定解锁控制电路。利用器件单粒子锁定时电流突增的特征,通过系统自动判别锁定—断电解锁—上电恢复的工作模式,进行了解锁控制电路与系统电路融合嵌入式设计与试验,在工程上实现了器件发生单粒子锁定时光电信号处理系统的自动解锁控制。利用重离子辐照进行的系统成像验证试验表明,解锁控制电路能够有效可靠判别单粒子锁定是否发生,并自动快速有效解除锁定,恢复器件及光电信号处理系统功能,系统功能恢复时间<5 s。

综合核心处理系统评价工具设计

综合核心处理系统是航空电子综合化模块化的关键支撑技术。如何对其性能指标进行评价是一个非常重要的理论和工程问题。首先建立了综合核心处理器模型、任务模型。然后基于ARINC 653标准建立了双层分区调度模型,该模型实现了不同安全关键级别应用软件之间的隔离。根据离散事件仿真方法,建立了系统仿真模型。在此基础上编制了基于Visual C++平台的系统仿真程序,最后提取ICD接口控制文件进行了实例仿真,分析了任务的可调度性及系统的实时性,其结果对指导新一代航电系统设计具有重要意义。

基于事件驱动的新型处理器的研究与应用

针对现代电子设计低成本、高效率、高灵活性的特点,研究了一种新型的处理器:事件驱动多核心处理器。通过对这种处理器基本构架的研究,以及采用新型处理器与采用传统控制器设计差异的对比,分析出该处理器具有性能高、实时性强、易编程等优点。最后,提出了一种新的设计方法:硬件设计软件化,给众多电子系统设计提供新的思路和参考。

集散系统中基于多线程的多机串行通信实现

给出了集散系统中主从式多机串行通信的实现方案,并以最常用的MCS-51单片机为下位机, PC系统机为上位机,用C++Builder语言及单片机汇编语言实现了基于多线程技术和消息响应机制的多机异步串行通信,给出了系统连接和编程的方法及流程.

基于TMS320F240的SPWM调制信号的实现

研究使用TMS320F240在线生成用于中小功率的逆变器的SPWM波形。利用同步调制法、对正弦函数值的查表,实时计算采样周期、电压幅值及输出脉宽,并将这些时间计数值送入TMS320F240事件管理器EV中的定时器,利用定时中断向接口电路送出相应的高低电平,实时产生SPWM波形。此方法可广泛的用于电力变换器与VVVF交流电机变频调速控制系统。

基于虚拟仪器架构的电子测量工作站设计

基于虚拟仪器体系结构将电子测量仪器以工作站的形式进行设计与实现。提出事件处理机的概念,用FPGA进行实现,并将其作为工作站的设备控制核心,以USB2.0总线作为设备与主机的通信接口,集成实现了示波器、逻辑分析仪、信号发生器等多个硬件模块,软件采用LabWindows/CVI及VC++7.1工具,实现了关联测量模块之间的同步与联动。

CCD外围商用器件单粒子效应试验研究

采用中科院近代物理研究所回旋加速器产生的重离子(Kr),对商用的CCD外围器件进行单粒子效应试验研究,包括CCD信号处理器AD9945、高速视频D/A转换器ADV7123以及CCD时钟驱动器CXD3400等。试验得到AD9945、ADV7123在离子线性能量转移(Linear Energy Transfers,LET)为30MeV·cm^2/mg时,均发生单粒子锁定(Single Event Latch—up,SEL)现象,锁定截面分别为2.97×10^(-5)cm^2/器件和2.25×10^(-4)cm^2/器件;器件发生SEL时工作电流可达正常工作电流数倍,同时出现功能丧失,需断电重启才能恢复。试验发现CXD3400在离子LET为38 MeV·cm^2/mg、辐照通量达10~7cm^(-2)时,未发生SEL现象。

XML语法特性在SAX中的应用研究

SAX是用来处理XML文档的一种重要的模式。他采用一种基于事件驱动的处理模式,该模式将XML文档看成一系列事件,对每个事件都有不同的事件处理器处理。XML文档以数据流的形式读入,读入时就会触发相应的事件,同时也会调用相应的事件处理器。文章针对SAX在处理XML文档中存在的不足,通过分析XML文档的语法特性,然后将这些特性和栈数据结构应用到SAX处理XML文档中,该方法在一定程度上弥补了SAX所存在的不足。