航天器总线管理系统的SOC设计与研究

高速、高可靠、低功耗的智能型串行系统总线是航天器进一步发展必须解决的一个关键问题。以1553B总线控制器为例,采用SOC设计方法,研究了航天器系统总线的设计和实现。首先按照1553B总线标准设计了总线管理SOC的系统结构,然后重点解决了SOC设计中的IP开发应用、可靠性设计、容错机制及低功耗实现等关键技术。采用这些SOC设计方法的1553B总线协议处理器取得了一次流片成功,为今后更高速率的航天器总线管理系统的SOC研究提供了一种思路和方法上的借鉴。

电磁脉冲对双层屏蔽腔的孔洞耦合特性研究

用时域有限差分(FDTD)法对电磁脉冲与双层屏蔽腔上孔洞的耦合特性进行了研究,计算了不同类型的孔阵对腔体内电场耦合系数的影响。计算结果表明,采用双层屏蔽使得腔体的屏蔽性能大大提高;另外,在双层屏蔽腔体上开孔洞方向垂直的长方形孔阵可以在任意极化方向上改善腔体的屏蔽性能,并且纵横比较大时效果较好。

PCI-Express总线技术研究

本文描述了一种更高性能的第三代I/O总线(PCI-Express),这种总线将被广泛应用于未来的计算机平台。它保留了PCI的关键特性,但总线的实现方式将从原来的并行总线改为串行总线。它采用一种分层传输协议来传输数据包。PCI-Express规范将综合考虑各种因素,完全兼容当前的PCI规范,并且具有新特性。同时,本文提出了一种基于背板形式的PCI-Express总线来适应专用计算机的应用需求。

空间单粒子故障容错设计的验证技术研究

由于空间环境的特殊性,可靠性成为航天器的重要指标,容错设计在航天关键电子元器件中必不可少。在航天器进入太空之前,为了模拟空间辐射效应,文中采用一种新颖方法对航天关键电子元器件进行单粒子故障注入,同时通过软件配合测试的方式,达到验证其容错结构的目的。采用了该技术的面向空间应用的高性能高可靠32位嵌入式RISC处理器取得了一次流片成功的结果。

软件实现的星载系统故障注入技术研究

结合软件故障注入的特点和星载系统的特殊性,给出了用于星载系统可靠性评测的软件实现的故障模型及其实现方案.该方法通过软件来模拟星载系统硬件由于太空辐射引起的单粒子事件,可以用来评测星载系统的可靠性及容错性.实验结果表明,本文提出的故障模型及其实现方案是可行的.

面向空间应用的片上系统集成技术研究

文章采用一种新颖方法对商用IP进行可靠性提升、完善,同时进行容错结构设计,建立了拥有自主知识产权的专用加固型标准单元库,构建了面向空间应用的SoC设计方法与流程,形成了面向空间电子系统的系统集成设计平台,用该技术实现了面向卫星等空间应用的32位嵌入式RISC处理器SoC芯片,获得了一次投片成功。

镍铬薄膜电阻器噪声特性研究

薄膜电阻器的低频噪声有别于常规电阻器的噪声特征,与其结构和工艺密切相关。通过溅射工艺生产的阻值为1.5k?镍铬薄膜电阻器分别在生产完成和1000h老化试验之后进行了低频噪声测量和分析得到器件低频噪声特征,结合电子元器件低频噪声理论探讨了器件中各种噪声成分的来源及产生机制并给出该镍铬薄膜电阻生产线降低噪声的工艺手段。并讨论了电迁移损伤对1/f噪声特征的影响,指出噪声的异常波动对电迁移损伤具有明确的指示作用。

具有频率约束的电路板抗振优化设计问题研究

为提高印刷电路板(Printed Circuit Board,简称PCB)的避振性能,对具有两阶频率约束的某电路板设计方法及解的存在性进行了研究。基于APDL语言建立该问题的有限元模型,采用Block Lanczos方法求解固有频率,选用双变量切比雪夫多项式拟合了前两阶固有频率的响应面。通过分析约束频率的边界曲线得到了可行解的存在性判据,并据此将原含有振动微分方程的优化问题转为等式约束极值问题,在保证精度的同时提高了求解效率。给出的算例表明,该方法合理有效,可作为工程中求解类似具有频率约束问题的参考。

基于软件的星载计算机系统故障注入方法的研究

基于软件的故障注入是对星载计算机系统可靠性进行的一种评测技术。该文首先提出了用软件方法进行的故障注入系统SFIS,并提出故障注入模型;其次阐述了用软件方法进行动态故障注入的过程,最后对实验结果进行了分析。

ANSYS动力学仿真技术在航天计算机机箱结构设计中的应用

在航天电子产品设计过程中,机箱结构的动力学仿真分析对于提高产品的环境适应性起着举足轻重的作用。它不仅有助于在产品研发阶段寻求最优化的解决方案,而且能明显缩短产品研制周期、降低生产成本、确保产品质量。这里使用著名有限元分析软件ANSYS,针对航天专用计算机机箱结构进行了动力学仿真分析,其中包括模态分析、半正弦冲击分析和随机振动分析。并与试验测试结果相比较,验证了研究中所提取的仿真模型及所施加的边界条件的合理性。该模型在某实际产品设计中产生了显著的经济效益。

星载系统单故障恢复策略研究

针对指令重试时难以合理选择重试时机和冗余资源问题,并根据星载系统的特点,提出了系统致命失效概率最小的单故障重试恢复策略.该策略以星载系统所有出现的故障均为单故障这一假设为前提,建立了指令重试时间与系统资源备份数及系统的致命失效概率间的关系.通过最小化系统的致命失效概率,可得出在系统资源备份一定时的最佳指令重试时间.同时,若系统存在最大致命失效概率,则可得到在最佳指令重试时系统所需的资源备份数.分析该策略可以发现,星载系统的致命失效概率随着系统的运行期的延长而增大,并且随着错误检测率的提高,星载系统的可靠性增加.

基于偏差信息的星载计算机系统负载平衡算法的研究

相邻结点负载平衡算法具有计算简单、额外开销小的优点 ,但由于采用局部的观点平衡负载 ,限制了结点信息得到的范围 ,使得系统在某种情况下达不到全局平衡。本文提出了基于偏差信息的星载计算机系统负载平衡算法。它改变了结点传递的实际负载信息 ,使修改后的负载信息能体现出结点及其周边结点的负载形势 ,以此弥补了相邻结点负载平衡算法的不足 ,并将其应用在星载计算机系统上。首先 ,介绍了相邻结点负载平衡算法及其存在的不足 ;其次 ,描述了基于偏差信息的星载计算机系统负载平衡算法 ;最后 ,通过仿真实验 ,给出了这种算法同其它几种负载平衡算法的比较 ,并证明了它的正确性与可行性。

电子设备抗单粒子翻转地面实验技术研究

单粒子翻转对应用在航天领域的电子设备的可靠性具有重大的影响。依靠加速器产生的重粒子进行单粒子翻转的模拟实验,是一种有效的验证方法。本文通过在兰州近代物理研究所加速器上进行的风云一号卫星星载固态记录器单粒子反转实验,介绍了利用加速器进行验证电子设备系统级抗单粒子翻转技术的实验方法。

嵌入式实时操作系统Nucleus邮箱通信机制研究

对嵌入式实时操作系统Nucleus邮箱通信机制作了详细的分析与研究,给出了邮箱通信的结构图和各种接口关系,并详细讨论了邮箱功能组件具体实现方法,为进一步更好地开发及利用该操作系统提供了技术上的支持。

Nucleus Plus容错功能扩充研究

Nucleus Plus是为实时嵌入式应用而设计的一个抢先式多任务操作系统,其95%的代码使用ANSI C写成,非常便于移植并能够支持大多数类型的处理器。本文根据容错管理软件的设计思想,提出了一种Nucleus Plus实时操作系统容错功能扩充方法,并在某航天三模冗余计算机平台上进行了验证。

注F的MOS电容电高辐射效应研究

对干氧栅氧化后注Ｆ的ＭＯＳ电容进行了γ射线辐照试验，研究了不同注Ｆ剂量的ＭＯＳ电容电离辐射响应特征。结果表明，注Ｆ能抑制辐射感生氧化物电荷和界面态，最佳抑制效果的Ｆ注入剂量范围是５×１０１４～２×１０１６Ｆ／ｃｍ２，且受注Ｆ工艺条件制约，少量或过量的Ｆ注入无明显抑制辐射损伤的能力。推测Ｆ在Ｓｉ／ＳｉＯ２界面和ＳｉＯ２中的行为将直接影响ＭＯＳ器件的辐照性能。而Ｆ的行为依赖于Ｆ的注入工艺条件。用一定模型对实验结果进行了解释。

高速亚微米LDDE/D门的研究

本文分析了基本上按1μm、2μm、3μm、4μm设计规则设计的轻掺杂漏(LDD)E/D门的门延迟,提出了设计与制造高速LDDE/D电路的基本思想。

高功率密度DC/DC电源模块结构设计与封装

高效率、高功率密度是DC/DC电源模块永恒的发展趋势。以一种封装尺寸为38.72 mm×22.80 mm×7.21 mm、输出功率为320 W的DC/DC模块电源为研制对象,从结构设计、热设计、封装工艺等方面进行了系统的研究。DC/DC电源模块采用“夹心”工艺结构,以高导热塑封工艺封装,工作温度范围为-55~125℃,可靠性满足航空航天领域高可靠要求。

软件中的错误传播研究

随着计算机技术的广泛应用，计算机软件的安全性显得越来越重要。为了保证软件的安全可靠，必须了解软件可能的错误行为，井采取相应的补救措施来提高其性能。本文采用了基于软件故障注入的方法，对计算机软件中数据状态错误的传播行为进行了研究。结果发现，在给定位置注入的数据状态错，要么所有的都会传播到输出，要麽一个也不会传播到输出。这表明软件测试中的大量数据状态的错误行为，可以通过少量的数据状态错误行为来进行模拟。

信号跨时钟域问题分析及验证方法研究

航天用FPGA设计复杂度越来越高,其表现之一就是设计中存在多个时钟域,当信号从一个时钟域进入另一个时钟域,即不同时钟域之间发生数据交互时,就会带来信号跨时钟域产生的亚稳态问题(CDC问题)。亚稳态问题虽普遍存在,但依靠传统的验证手段即功能仿真或者时序仿真是很难定位的,提出一种分层次、多模式的跨时钟域验证方法,为跨时钟域问题分析确认提供强有力的参考。