摘要：为满足卫星有效载荷间SpaceFibre链路的高带宽、高可靠性和轻量化的应用需求,提出一种SpaceFibre节点传输系统的优化设计。该设计采用基于帧累计的增量化计算方法减少了计算电路的冗余;通过四级流水架构满足了错误检测操作的时序要求,使用循环冗余校验共享机制平衡了硬件资源的使用;采取基于完整应答的双层控制策略提升了系统的可靠性,通过构建面向资源优化的控制状态机和存储架构简化了确认重传算法的实现逻辑。使用型号为XC7Z100FFG900-2的FPGA搭建双节点系统,板级验证表明:该设计满足协议规范,与同类设计方案相比,最高工作频率提高1.5倍,支持最高6.25 Gbit/s的传输速率,查找表资源和存储资源降低,寄存器资源相近,为开发具有自主知识产权的高速可靠SpaceFibre编解码器提供了参考。

摘要：针对地面云平台移植到太空中会由于单粒子效应频繁导致其可靠性严重下降的问题,结合具体型号任务,针对K8s云平台研究基于三模冗余的任务容错方案。针对星载计算机功耗受限的问题,在综合考虑功耗和任务实时性的基础上,设计实现2种分别基于传统三模冗余和时间三模冗余的冗余方案;针对核心级别的故障恢复需求和单个卫星搭载节点较少的特点,通过修改K8s源码,实现核心分配功能。相关实验结果表明,该容错机制能有效容忍单粒子翻转导致的错误,支持核心级别的错误恢复和利用核级冗余支持任务容错,同时,具有较小的性能开销。

摘要：针对现有星载计算机主控系统灵活性差和在空间辐射环境中存在单粒子翻转等问题,设计了一种灵活性强、可靠性高、自主可控的宇航级片上可编程系统(System-on-Programmable-Chip,SoPC)。该系统将龙芯LA132软核处理器应用于航天领域,降低了星载计算机主控系统的体积。为系统存储单元设计实现了一种基于矩阵算法的RS(8,4)码,可在无延迟的情况下实现错误检测与纠正功能,增强了系统的可靠性。测试结果表明,该SoPC系统在Xilinx KCU105硬件平台上可实现单周期内对两个错误符号的检测与纠正,满足宇航级安全性与可靠性的需求,为星载计算机主控系统的小型化提供了一种新的解决方案。

摘要：SpaceWire(SpW)路由是SpW网络的关键设备之一,采用纵横式交叉开关(crossbar switch)结构,由于SpW网络数据分组最大长度不固定,经典的滑动迭代轮询匹配(iSlip)调度算法并不适用。研究二维行波进位交换结构,提出一种多优先级分层调度的crossbar switch实现结构,为不同业务流量类型赋予不同优先级可以提高网络服务质量(QoS),采用基于仲裁反馈轮询(FBP)算法,在群组路由时具有良好输出公平性。通过向环型行波进位(CRCS)仲裁结构中插入寄存器分割组合逻辑组成流水结构降低组合延迟,提高最高系统频率,解决路由端口数量扩展的问题。使用可编程逻辑语言实现优先级数量和端口数量可配置的crossbar,CRCS结构具有资源占用少、仲裁速度快和易于扩展的特点。以4×4规模的crossbar switch为例,采用二维CRCS结构相比于线性扩展结构,仲裁逻辑单元数量节省67.3%,仲裁延迟降低约60%,在Xilinx V7系列现场可编程门阵列(FPGA)进行逻辑综合,行列各插入2级寄存器,即可满足最大规模下的SpW路由应用需求。

摘要：由于深度卷积网络的参数量及计算量过大,多尺度目标检测网络难以快速高精度地部署在许多资源及功耗受限的平台上。为解决此问题,本文基于Python productivity for ZYNQ(PYNQ)框架实现了无预选框检测模型CTiny的IP核设计及异构系统架构部署。首先,提出在卷积核中分段量化整体缩放系数的方式,使得预训练的高精度算法低损地部署于可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)上;其次,基于PYNQ框架实现了CTiny模型的系统搭建,包含ResNet主干网络、反卷积网络和分支检测网络;最后,将图片预处理及后处理等耗时计算从串行的ARM端移入并行的FPGA中,进一步缩减了总处理时长。实验结果表明:在PYNQ-Z2开发板上部署CTiny模型后,本文所提量化方式在公开光学遥感数据集NWPU VHR-10的平均检测精度达到81.60%,相较于截断量化提升了14.27%,实现了部署精简无预选框检测网络的精度低损耗的需求,且后处理的处理时长由ARM端的9.228 s缩减为了FPGA端的0.008 s,提高了检测模型的速度。

摘要：遥感卫星图像数据量的高速增长,以及遥感卫星搭载的相机不同工作模式下产生的数据差异化处理的需求,为星间数据处理带来了巨大挑战。针对星载Gbit·s-1级高速数据收发及文件缓存等星间数据处理面临的问题,以百兆每秒级星载高速接收缓存系统为切入点,以遥感卫星数据处理的发展为依据,在分析SerDes传输原理的基础上,采用模型仿真和工程验证的方法,制定了高速串行数据链路层传输协议SSLLP(Satellite Serial Link Layer Protocol)和类文件化高速缓存的策略。在硬件设计和软件开发的基础上,最终完成了具备处理入口速率3.2 Gbit·s^(-1)并能以类文件化的方式缓存64个数据文件的星载数据处理单元的工程实现。测试结果表明,基于SSLLP的高速串行数据接收正确,缓存策略有效,系统高效可靠。该设计已在某型号任务中取得在轨验证,为星载高速串行数据处理系统提供了参考。

摘要：空间数据系统咨询委员会高级在轨系统标准定义的空间数据系统分布式架构是提高星载系统整体可靠性的一种有效方案。国内通常采用基于MIPS架构的龙芯系列处理器作为该架构典型应用节点的航天器控制终端,但由于缺失自主可控的轻量型操作系统,限制了该架构在航天领域的部署与应用。为了构建自主可控的航天信息系统技术体系,实现在龙芯控制终端上移植适配国产轻量型开源鸿蒙操作系统的目标,通过分析开源鸿蒙操作系统LiteOS-M轻量实时内核与MIPS架构,聚焦硬件抽象层(HAL)和内核硬件相关部分,设计并实现一种包括引导系统启动加载、HAL架构适配、串口驱动、内核裁剪、工具链搭建的移植方案。为了验证移植后系统的基础功能与实时性能指标,在基于MIPS架构的龙芯星载控制终端LS1J与LS1C硬件平台上设计测试用例并开展实验。实验结果表明,轻量型开源鸿蒙操作系统成功适配MIPS架构,能够稳定可靠地运行在龙芯控制终端上,系统任务上下文切换时延为0.229μs,中断响应时延为4.73μs,满足实时性系统指标。

摘要：针对SpaceFibre星载数据网络中超高速数据交换的应用需求,提出低延时可重构SpaceFibre路由器设计方案。采用多模式包头识别状态机,支持完整的路由器功能;利用并行映射,降低映射延时;通过可重构混合机制仲裁器,提高仲裁方式的灵活性,缩短仲裁延时。在型号为XC7Z100FFG900-2的FPGA上对该方案进行实现,实验结果表明,该路由器功能完备,最大工作频率为240.96MHz,占用寄存器和查找表资源分别为0.5%和2.02%。

摘要：电磁干扰(EMI)抑制技术是保证航天器各功能单元正常运行互不干扰的重要技术。开关电源是航天器内电磁干扰的主要来源。基于对星载开关电源DC/DC和负载点电源POL电磁干扰特性的测试结果,提出了一种星载二次电源系统的电磁干扰抑制方案,采用高稳晶振+控制器+时钟管理芯片硬件与软件设计结合的方法,利用高稳晶振为电源模块提供稳定时钟,通过控制器实现时钟管理芯片的分频和时钟分配。系统以非同步方式上电,软件控制时钟管理芯片输出电源模块同步时钟,然后软件打开时钟同步的使能,实现星载开关电源(DC/DC和POL)开关频率的外同步,最后通过测量输出电压频谱的方法验证了电磁干扰抑制方案的有效性。

摘要：为满足航天大容量存储系统对高速存储及数据完整的需求,实现了一个基于NAND型内存的高性能控制器,提出了一种实现于NAND型内存芯片内部的流水编程机制,以及一种可以保证数据无缝连接的坏块处理机制。介绍了存储控制器的各个模块设计,并分析了不同情况编程机制所需的时间计算方法,建立仿真模型,利用蒙特卡洛方法仿真并讨论了流水编程机制的性能优化效果。在实际硬件平台验证了流水编程机制和坏块处理机制,结果表明该大容量存储系统的存储速率可达100MB/s,读取数据与存入数据保持一致,数据无乱序无丢失。