[实用新型]一种基于FPGA的抗辐射的数据处理系统

说明书

技术领域：

本专利涉及一种基于FPGA的数据处理板卡，特别涉及一种基于FPGA的抗辐射高性能数据处理系统。

背景技术：

随着新型高分辨率和主动遥感仪器的发展，在诸如星载或航空遥感等应用中，需要高性能数据处理系统对仪器获取数据进行实时或近实时处理以降低存储或下传数据量。

在诸如此类应用中，工作环境较为恶劣，存在诸如高能粒子、宇宙射线、太阳软X射线等辐射，这会引起电子器件失效和损伤。因此需要增强电子器件的抗辐射能力以减轻或防止类此事件的发生。辐射是指如X射线、珈码射线等电磁波和中子、电子、阿尔法粒子等粒子引起的电离等机制对处理系统产生的损伤。

目前有三种级别的电子器件辐射容限；第一种是电子器件没有保护措施，电子器件在恶劣环境中使用时经历各种可能的可恢复型和损伤型错误；第二种是指常规的抗辐射容限，即环境中存在的辐射低于该水平时，器件的工作不受辐射的影响，包括通过设计使工作在恶劣环境中的器件不发生损伤型错误，但可恢复型错误，如位翻转仍有可能发生；第三种是指器件抗辐射，包括用于恶劣工作环境时，器件不发生可恢复型和损伤型错误。

位翻转是一种在存储器件或寄存器内发生的状态改变，例如从1变为0或者从0变为1，它是单粒子翻转的一种。它不会对器件产生致命的影响，但需要校正以防止错误在计算等处理中的传递。电路翻转是更严重的错误，通常需要断电和重启，或者器件重置。

抗辐射器件的处理能力低于现有商用非完全抗辐射处理器件。非完全抗辐射器件是指具备一定抗辐射容限，即环境辐射低于此阈值时，器件可正常工作。抗辐射器件的处理能力，比如说，可能比现有商用非完全抗辐射器件低一到两个数量级。

在星载或其他恶劣环境中使用商用或非宇航级器件对于满足航天任务中不断增长的处理性能要求有着很重要的意义，因为已有的航天级处理器件的处理能力过低。

因此在现有或新的数据处理系统中使用现有商用器件具备很大优势，它不需要重新设计新的处理器件，可使用现有标准接口和协议，方便系统扩展。基于SRAM结构FPGA，诸如Xilinx Virtex-5Q，具备很高的数据处理能力和灵活性，是一类理想的高性能数据处理平台，如何实现该类器件的抗辐射能力增强是其在星载等恶劣环境中应用的关键。

发明内容：

针对以上不足，本专利给出了一种基于FPGA的抗辐射高性能数据处理板卡，采用内嵌PowerPC处理器和FPGA逻辑门阵列构建软硬件协同架构，解决基于商用SRAM结构FPGA构建的高性能、低功耗、紧凑型抗辐射数据处理系统的技术问题。

本专利的技术解决方案是：

基于商用SRAM结构FPGA构建的高性能、低功耗的紧凑型抗辐射数据处理系统，通过结构设计和软件方法实现其抗辐射能力增强，以提供接近抗辐射级别处理器件的可靠性。其特征之处在于：

1.数据处理板卡包括两片抗辐射反熔丝型FPGA，两片32K PROM和32K SRAM外扩存储器；两片可重配置非完全抗辐射FPGA及对应的配置Flash；存储器件包括两片512MB具有检错和纠错功能的Flash存储器、两片512MB具有检错和纠错功能的SDRAM；外设接口包括PCIE、RS-422、以太网接口、SATA、Multi-Gbps Transceivers、I2C、CAN和GPIO；

所述的两片抗辐射反熔丝型FPGA采用Aeroflex UT6325FPGA。

所述的两片可重配置非完全抗辐射FPGA采用Xilinx Virtex-5Q FX130T FPGA，对应的配置Flash为32MB Xilinx配置Flash；

2.本数据处理系统负责数据处理的Xilinx FPGA内部采用内嵌PowerPC处理器和FPGA逻辑门阵列构建软硬件协同数据处理架构。对于算法结构固定、运算量大、高速的前端数据的处理，使用FPGA逻辑门阵列完成；对于算法流程复杂，运算量相对较小的后端数据的处理，使用内嵌PowerPC处理器完成，以提高本系统的数据处理能力。