[发明专利]一种基于FPGA的在轨重构系统及方法

说明书

本发明提出一种基于FPGA的在轨重构系统及方法。在卫星开机时对执行机构配置原始数据，并在需要在轨重构时，经过对重构数据的多次校验来保证重构数据的正确性，同时，不论配置数据是原始数据还是重构数据，均利用配置数据对执行机构不断刷新，来保证执行机构的数据的正确性。

技术领域

本发明属于星载电子系统抗辐射加固技术领域。

背景技术

SRAM型FPGA具有资源丰富、性能优异并且可以反复编程的特点，在星载电子设备中广泛使用。一方面，SRAM型FPGA中数量巨大的配置存储区在空间环境中容易发生单粒子翻转，因此在轨应用时必须采用抗单粒子翻转技术，“三模冗余+定时刷新”可以明显提升SRAM型FPGA的抗单粒子翻转能力，目前已经星载电子设备中广泛使用。另一方面，SRAM型FPGA可以反复编程的特性为卫星发射后在轨维护提供了技术途径，通过采用在轨重构技术可以实现星载电子设备的故障修复或功能升级。随着系统复杂度的增加，Xilinx V5系列SRAM型FPGA开始应用于星载电子设备。可以预见，以Xilinx V5系列SRAM型FPGA为核心器件的星载电子设备对于抗单粒子翻转和在轨维护都存在强烈的需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：

克服现有技术的缺陷，提出一种基于FPGA的在轨重构系统及方法，实现了航天器在轨重构，并实现了在轨故障修复。

本发明的技术解决方案是：

提出一种基于FPGA的在轨重构系统，其特征在于，包括：重构接口模块、配置刷新模块、编码校验模块、读写模块、原始配置数据存储器、重构配置数据存储器和执行机构；

重构接口模块用于接收地面站上注的重构配置数据和重构指令，将重构配置数据转发给编码校验模块，将重构指令转发给配置刷新模块，并将重构之后的执行信息下传给地面站；

编码校验模块用于在进行在轨重构时对地面站上注的重构配置数据进行校验，如果校验正确则对重构配置数据进行编码以生成校验值，随后通过读写模块将重构配置数据和对应的校验值共同写入重构配置数据存储器；在地面站上注重构配置数据完成后检查重构配置数据存储器中的重构配置数据的完整性；在接收到配置刷新模块的读取命令时，通过读写模块从重构配置数据存储器读取重构配置数据和对应校验值以根据校验值进行校验，如果校验正确，则将重构配置数据传输至配置刷新模块；

配置刷新模块用于在卫星开机后从原始配置数据存储器读取原始配置数据，以使用原始配置数据对执行机构进行配置，并按照刷新时间间隔从原始配置数据存储器中读取原始配置数据，以对执行机构中的数据进行刷新；在进行在轨重构时接收重构命令，并向编码校验模块发送读取命令以读取编码校验模块传输的重构配置数据，以使用重构配置数据对执行机构进行配置，并按照刷新时间间隔通过读写模块和编码校验模块读取重构配置数据存储器中的重构配置数据，以对执行机构中的数据进行刷新。

根据本发明的实施例，编码校验模块通知地面站对上注的重构配置数据进行分包，并对每个数据包进行异或和校验，如果异或和校验正确则对重构配置数据进行CRC编码以生成校验值，如果异或和校验错误则通知地面站重新上注对应的数据包。

根据本发明的实施例，在进行在轨重构时，编码校验模块对重构配置数据的每个数据包和对应校验值进行CRC校验，如果CRC校验正确，则将重构配置数据传输至配置刷新模块；如果CRC校验错误，则将CRC校验错误信息下发给地面站，通知地面站重新上注对应的数据包，同时，配置刷新模块切换为读取原始配置数据存储器以使用原始配置数据对执行机构进行配置。

根据本发明的实施例，在地面站上注重构配置数据完成后，编码校验模块检查重构配置数据存储器中的重构配置数据的完整性，如果地面站上注重构配置数据完整，则在重构接口模块接收到地面站的重构指令后通过读写模块读取重构配置数据和对应校验值以根据校验值进行校验；如果不完整，则通知地面站重新上注重构配置数据。