星载计算机SRAM加固可靠性的研究与设计

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星载计算机是确保微小卫星正常运行的重要部分之一,它对卫星的指令控制、任务调度以及关键信息的分析等起着非常重要的作用。因为星载计算机经常在具有辐射的环境中执行任务,所以其SRAM(Static Random Access Memory,静态随机存储器)很容易遭到高能粒子的撞击而产生单粒子效应,进而使得存储数据发生错误。通常情况下,解决这种错误的一种有效方式为信息冗余即IC(Information Code,信息编码)。目前现有的基于IC保护后的星载SRAM的可靠性的分析存在一定的缺陷,同时在抗电离子翻转的硬件电路设计中,传统的做法是使用检错纠错芯片,无法对星载SRAM中已存在的错误的刷新,导致错误不断的累积,降低星载计算机的可靠性。因此本文以单粒子效应对星载SRAM造成的错误分布、错误的覆盖以及信息编码的特点为理论基础,研究IC保护后的星载SRAM的可靠性模型并设计相应的硬件电路,针对目前存在的缺陷和不足提出相应的改善和解决方案。IC保护后的星载SRAM的可靠性高低最终由MTTF(Mean Time To Failure,平均失效时间)进行评价。针对原始算法对IC保护星载SRAM后存在的不精确问题,本文根据实际星载SRAM内部存储结构的原理以及错误的分布情况,综合归纳出两种情况即错误分布特性和错误重合特性。完善并设计了一个由IC保护的星载SRAM的可靠性分析模型。得出一个更加准确的衡量可靠性的算法,有利于为IC保护的星载SRAM硬件电路的设计提供理论指导。针对星载计算机的SRAM可能会受到高能粒子的射击问题,设计一套抗辐射电路。采用信息编码的方式对SRAM中的数据进行保护,并研究扩展汉明码以及RM码的纠错原理。通过数学模型对可靠性的分析评估来确立硬件电路设计中的参数。用Verilog语言在FPGA上实现纠错电路并采用刷新模式来避免错误在星载SRAM中的累积,从而提高系统的可靠性。
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