[实用新型]一种具有在苛刻环境中抗辐照干扰的高速通信芯片

说明书

(一)技术领域：

本实用新型涉及一种具有在苛刻环境中抗辐照干扰的高速通信芯片。该通信芯片采用XILINX公司的推出的FPGA软核微处理器做为CPU，采用苛刻环境抗辐照高速通信SOPC(System On Programmable Chip)芯片作为通信单元，外配相应的外围电路。设计者可以根据需要对苛刻环境抗辐照高速通信芯片的硬件结构、功能特点、资源占用等进行灵活构建与编程，从而在相当短的周期内用很低的成本就可以开发出目标产品。属于通信技术领域。

(二)背景技术：

苛刻环境嵌入式系统一般是指可以装载在卫星、飞机或地面上(野外露天、矿井等苛刻或危险环境)的无人值守监测控制系统，它具有对待测目标的参数进行长时间连续监测或周期监测的功能，用以实时获得待测目标空间、时间和频谱的动态变化信息，获取待测量的统计分布和预测其突变的几率，控制系统还会根据测量结果对系统实施相应的控制。为了适应苛刻环境下的工作条件，这些系统一般都是结构可重组和故障可检测的、可容错的综合系统，与一般嵌入式系统相比具有更高的可靠性与故障容错性。

从国民经济发展市场需求来讲，工作在特殊环境中的各种嵌入式系统能帮助人们深入了解工业布局、农业收成，植被病虫害，森林火警、气象变化、洪涝预测，环境污染，地质突变状态等与人民的生产及生命安全戚戚相关的信息。比如：在空间科学探测、矿山安全监测、无人区监测、环境污染监测等自然灾害的预警系统中，由于被测环境中存在较强的电磁干扰(雷电等强电磁干扰)、辐射、单粒子事件(SEU)，所以，使用基于计算机的数据采集系统来完成监测任务是相当危险和不可靠的，而且系统的布控也难以实现。因此，研究苛刻环境嵌入式系统已经成为当务之急。

通信环境的优劣对苛刻环境通信系统的可用性影响很大。由于系统通常工作在野外露天或环境恶劣的现场，所以，除了要进行防爆、防尘、防潮、防霉等必要的设计外，还必须考虑电磁辐射、单粒子事件对系统通信产生的影响，要解决可靠性和高速传输两个关键技术问题。

现代控制系统大量采用分布式系统结构，系统中各嵌入式计算机间数据交换量不断膨胀，为了保证系统的有效性与实时性，就要求在系统内部建立更高速率的通信连接。为了满足技术发展的要求，近年来，人们研究实现包括光纤通道(FC)、高速以太、1394、1355等各种高性能串行通信系统，使得商用计算机和一般嵌入式系统的数据通信速率已经可以达到1Gbps以上，个别系统已经可以达到10Gbps。然而，由于技术限制，在太空、矿山、车船等苛刻环境下的嵌入式系统依然只能使用1553B、CAN等传统的数据通信系统，通信速率最高只能达到1Mbps，个别系统中为了提高数据传输速率，已开始研究采用LVDS(LowVoltage Differential Signaling，低电压差分信号)等技术构建非标通信系统，即便如此，速率也只能做到10Mbps量级，且只能实现点到点的数据交换，无法组构一个完整的分布式系统。而目前的卫星有效载荷设备、野外露天环境监测、矿山监测系统已经提出了对更高通信速率和高可靠通信的应用要求。

近年来的大量研究与实验表明：由于野外露天、空间、矿山等恶劣环境现场的特殊性，使本已成熟应用的传统系统在此类恶劣环境中遇到重重困难，严重制约了各类传统系统在苛刻环境中的推广和使用，现实告诉我们：不能照搬传统的系统数据传输方式来解决苛刻环境中的数据传输问题。因此，设计苛刻环境嵌入式高速通信系统是一项具有意义的研究工作。

如果能够将抗辐照高速通信芯片所需的全部核心电路(例如微处理器，抗辐照高速通信IP(Intellectual Property，知识产权)核模块、各种控制器与通信接口等)放在同一芯片上，就可以大幅缩小整个系统所占的面积，同时还会减少外围驱动接口单元及电路板间的信号传递，加快微处理器数据处理的速度，内嵌的线路还可以避免外部电路板上信号传递所造成的系统干扰。

目前国内外仅有少数几个集成电路企业设计和生产抗干扰通信芯片，可以归纳为以下几个特点：

●大部分芯片在功能上以全定制的ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit)芯片为主，速率较低，一般在1Mbps量级。因而SOC(System On Chip)单芯片、高速率的设计是通信芯片的一个研究热点。

●国外也正在研制抗辐照高速通信SOC单芯片，但片内集成的是单片机，由于单片机是IP(Intelligent Propriety)硬核，体系结构不可变，因此这种解决方案的灵活性差，价格高。