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1、(10)申请公布号 CN 103955411 A (43)申请公布日 2014.07.30 CN 103955411 A (21)申请号 201410215998.7 (22)申请日 2014.05.21 G06F 11/10(2006.01) (71)申请人 北京空间机电研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路 1 号 9201 信箱 5 分箱 (72)发明人 王琨 武文波 安源 鲍书龙 王庆元 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 安丽 (54) 发明名称 一种星载大容量 FPGA 程序在轨上注及配置 方法 (57) 摘要 一种星载大容量 FPGA 程序。
2、在轨上注及配置 方法， 通过将编译好的程序利用星地间上传至卫 星上， 在卫星上进行存储， 并能根据遥控指令进行 智能配置， 使星载 FPGA 工作于地面要求的模式。 本发明具有能够实时调整 FPGA 程序， 根据地面要 求动态调整工作内容的特点， 使在轨 FPGA 程序灵 活更改， 提高在轨利用率， 并能有效提高抗辐照能 力。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103955411 A CN 103955411 A 1/1 页 2 1。
3、. 一种星载大容量 FPGA 程序在轨上注及配置方法， 其特征在于步骤如下 ： 1) 将地面 FPGA 编译完的待上注程序进行冗余校验处理， 将冗余校验处理后的待上注 程序分割为 A1 An个子数据， 其中 n 为正整数 ； 2) 将分割后的第一个子数据 A1上传至卫星上的内部存储器 ； 3) 卫星对子数据 A1进行校验， 并将校验后的子数据 A1存储在外部存储器中 ； 4)将存储在外部存储器中的子数据A1与存储在内部存储器当中的子数据A1进行比对， 若比对均正确， 则子数据 A1的上注过程结束 ； 若比对出现错误， 则返回步骤 2) 重新将子数 据 A1上传给卫星上的内部存储器， 并重复步骤。
4、 3)、 步骤 4) ； 5) 重复步骤 2)- 步骤 4)， 对子数据 A1至子数据 An全部上注完成， 并跳转至步骤 6) ； 6) 当接收到地面上传的配置开始指令时， 将外部存储器中的每一个子数据读取进内 部存储器中， 对每一个子数据进行校验 ； 若校验正确， 则按照地面上传的配置指令要求对 FPGA 进行配置 ； 若校验不正确， 跳转至步骤 7) ； 7) 重复步骤 2)- 步骤 4)， 对校验出错的子数据重新进行上注过程， 上注过程结束后跳 至步骤 6) 进行配置过程。 权 利 要 求 书 CN 103955411 A 2 1/3 页 3 一种星载大容量 FPGA 程序在轨上注及配置。
5、方法 技术领域 0001 本发明涉及一种星载大容量 FPGA 程序在轨上注及配置方法， 通过将 FPGA 程序加 入纠错信息通过地面上注给星上控制部件， 并接收地面发送的遥控指令， 根据指令进行相 应的 FPGA 程序配置， 从而提高 FPGA 器件的灵活性并且提高器件的抗辐照能力。 背景技术 0002 随着电子技术的发展， 尤其是大规模高性能可编程器件的出现， 卫星上采用器件 越来越灵活。目前星载处理单元越来越多的选用高性能大规模 FPGA 器件作为主要运算单 元， 集成度越来越高， 功能越来越复杂， 其作用不可替代， 但是受到卫星条件限制， FPGA 所用 的程序必须一次固化， 不可更改，。
6、 无法根据任务的调整或者程序存在隐患以及由于程序在 轨受到太空辐照的影响造成的单粒子效应进行二次修改， 程序存在隐患及单粒子效应影响 卫星部件的使用， 造成卫星部件的使用周期缩短或功能受限， 严重的可能造成卫星部件失 效。 0003 同时星地间传输能力有限， 并且 FPGA 的程序从地面上注到卫星相应部件的程序 容易受到各种情况造成的干扰， 并且大容量 FPGA 程序的规模比较大， 需要长时间 ( 以天为 单位 ) 占用上行通信通道， 为了保证上行通道不受到上注的影响， 其他部件能正常的开展 工作， 需要采用灵活机智的上注策略来保证地面的程序能正确的上注到星上的相应部件。 0004 当对 FP。
7、GA 进行配置时， 如果不能配置成功， 需要给出各种因素的判断结果， 因为 地面人员无法进行直接的操作来判断出错原因， 必须通过有效手段来实时监控配置过程， 由于上注一次的代价非常大， 当程序存储介质受到外界因素造成误码， 必须能准确的判断 出数据发生错误的位置， 告诉地面人员， 从而可以只发送受到影响的数据给卫星部件， 避免 再次上注整个 FPGA 程序。 发明内容 0005 本发明解决的技术问题是 ： 克服现有技术存在的不足， 提供一种在轨可重复更改 软件的方法， 解决在轨 FPGA 程序难以灵活配置的问题， 提高系统的抗辐照能力和功能可扩 展性。 0006 本发明的技术方案是 ： 一种星。
8、载大容量 FPGA 程序在轨上注及配置方法， 步骤如 下 ： 0007 1) 将地面 FPGA 编译完的待上注程序进行冗余校验处理， 将冗余校验处理后的待 上注程序分割为 A1 An个子数据， 其中 n 为正整数 ； 0008 2) 将分割后的第一个子数据 A1上传至卫星上的内部存储器 ； 0009 3) 卫星对子数据 A1进行校验， 并将校验后的子数据 A1存储在外部存储器中 ； 0010 4) 将存储在外部存储器中的子数据 A1与存储在内部存储器当中的子数据 A1进行 比对， 若比对均正确， 则子数据 A1的上注过程结束 ； 若比对出现错误， 则返回步骤 2) 重新将 子数据 A1上传给卫。
9、星上的内部存储器， 并重复步骤 3)、 步骤 4) ； 说 明 书 CN 103955411 A 3 2/3 页 4 0011 5) 重复步骤 2)- 步骤 4)， 对子数据 A1至子数据 An全部上注完成， 并跳转至步骤 6) ； 0012 6) 当接收到地面上传的配置开始指令时， 将外部存储器中的每一个子数据读取进 内部存储器中， 对每一个子数据进行校验 ； 若校验正确， 则按照地面上传的配置指令要求对 FPGA 进行配置 ； 若校验不正确， 跳转至步骤 7) ； 0013 7) 重复步骤 2)- 步骤 4)， 对校验出错的子数据重新进行上注过程， 上注过程结束 后跳至步骤 6) 进行配置。
10、过程。 0014 本发明与现有技术相比的优点在于 ： 0015 (1)本发明能够实现在轨FPGA程序的在线重配置。 通过对FPGA的程序重配置， 可 以根据需求改变FPGA器件完成的程序功能， 从而扩展系统的处理功能 ； 系统在FPGA器件受 到单粒子效应影响时， 通过在轨重配置， 消除单粒子效应的影响， 提高系统的抗辐照能力。 0016 (2) 本发明通过对上注的 FPGA 程序数据进行冗余纠错编码处理， 提高上注程序的 抗误码干扰能力。对上注的程序数据进行冗余纠错编码， 数据上注完成后， 对数据再进行 校验解码， 减少数据上注时带来的误码影响， 提高上注程序的抗误码能力， 增强提供的可靠 。
11、性。 附图说明 0017 图 1 为本发明上注过程流程图 ； 0018 图 2 为本发明配置过程流程图。 具体实施方式 0019 本发明涉及的硬件实现为反熔丝类型 FPGA。地面生成的 FPGA 程序数据文件进行 冗余校验编码处理， 编码后的数据进行分割以适应上注及二次上注的需要。本发明所采用 编码原则为能满足在轨卫星的资源需求， 简单又能有效的起到冗余校验的作用。 0020 本方法选用反熔丝 FPGA 作为控制单元包括解析、 配置、 通信、 监测以及校验等功 能， 反熔丝 FPGA， 即采用反熔丝编程技术的 FPGA， 这类器件内部具有反熔丝阵列开关结构， 反熔丝 FPGA 具有配置位非易失。
12、、 低功耗、 上电即运行等优点， 可靠性高， 抗辐照能力强等特 点。 0021 通信功能主要用于与地面控制中心进行数据、 命令的实时沟通， 将地面的指令及 数据转换成部件识别的内容， 将部件的状态已规定格式发送给地面， 用以地面了解部件的 工作状态。 0022 解析功能主要用于实现对命令的正确解析， 对数据的正确接收。 0023 监测功能主要用于对被配置 FPGA 的状态进行监控。 0024 校验功能主要是对接收到的地面上注的程序文件进行实时的校验是否正确， 并将 校验结果反馈给通信模块， 另一方面在配置程序时对存储在外部存储器中的程序文件进行 实时校验， 并将校验结果反馈给通信模块。 002。
13、5 配置功能主要是根据地面指令对被控制对象 FPGA 进行程序配置， 根据 FPGA 规定 的时序要求进行动态配置时序控制， 当校验出错时， 停止配置， 等待地面上注正确程序后， 再次发送配置指令。 说 明 书 CN 103955411 A 4 3/3 页 5 0026 如图 1 所示， FPGA 程序整个上注配置的流程如下 ： 地面将编译好的 FPGA 程序进 行冗余校验编码， 将冗余校验处理后的待上注程序分割为多个子数据 ； 地面将分割后的文 件按照规定格式发送给星上相应的部件设备， 星上设备接收地面发送过来的数据及控制命 令， 对控制命令进行解析及执行， 将接收的数据进行校验， 并将校验。
14、后的数据存储在外部存 储器中， 为了确认数据存储的正确性， 将存储在外部存储器中的数据再读出进行一次比较， 上述操作均正确后， 发送状态正确信息给地面， 如果不正确， 发送错误状态给地面要求地面 再次发送该部分文件。 当整个程序文件全部发送完毕后， 地面发送上注结束的命令， 星上设 备接收到该指令后， 结束上注过程。 0027 如图 2 所示， FPGA 程序在轨重配置流程如下 ： 根据系统需要， 在程序上注结束后地 面可以发送配置 FPGA 指令给星上设备， 当星上设备接收到配置指令后， 根据地面指令要求 配置对应 FPGA 的相应程序。当开始配置后， 星上设备对存储在外部存储器中的数据文件进 行校验， 保证文件的正确性， 当校验出错后告诉地面具体位置的数据文件遭到了破坏， 需要 重新上注相应的数据内容， 同时配置操作结束。当校验数据没有问题时， 按照 FPGA 的时序 要求发送相应的控制指令及数据。配置完成后， 发送指令告诉地面配置完成。同时监控是 否 FPGA 配置成功， 并将监控结果告诉地面。 0028 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。 说 明 书 CN 103955411 A 5 1/2 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103955411 A 6 2/2 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 103955411 A 7 。