1、隨著微小型航天器技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代小衛(wèi)星在體積、重量、成本和功耗均不斷降低的同時(shí)，功能卻不斷增強(qiáng)?？芍貥?gòu)星載計(jì)算機(jī)不但能夠在單片芯片上集成大量硬件電路和計(jì)算單元，而且能夠根據(jù)任務(wù)需求靈活配置計(jì)算機(jī)內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與外部接口，從而擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力與較高的集成度。本文結(jié)合某“十一五”預(yù)研項(xiàng)目和某國家高技術(shù)研究發(fā)展項(xiàng)目(863)，對(duì)可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入研究。研究內(nèi)容主要集中在可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和容錯(cuò)技術(shù)兩個(gè)方面，具

2、體工作如下：
　　針對(duì)傳統(tǒng)可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)在多任務(wù)并行處理方面存在的局限性，提出了一種面向多任務(wù)的可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。通過在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中建立FPGA資源與任務(wù)進(jìn)程的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了星上任務(wù)與可重構(gòu)硬件資源的協(xié)同管理，使得可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)具備根據(jù)任務(wù)需求自主調(diào)節(jié)硬件結(jié)構(gòu)的能力。基于ML403開發(fā)板構(gòu)建了原型系統(tǒng)，經(jīng)過對(duì)比實(shí)驗(yàn)其結(jié)果顯示可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)對(duì)多任務(wù)的并行處理能力得到明顯增強(qiáng)。此外由于加入了動(dòng)態(tài)的FPGA資源管理與分

3、配機(jī)制，計(jì)算機(jī)對(duì)FPGA的利用效率得到提高，對(duì)輻射損傷的應(yīng)對(duì)能力也得到增強(qiáng)。
　　針對(duì)星箭一體化航天器在不同任務(wù)階段對(duì)計(jì)算機(jī)性能和可靠性的不同需求，對(duì)可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)分時(shí)復(fù)用方法進(jìn)行了研究，分別設(shè)計(jì)了用于并行計(jì)算的高性能運(yùn)載模式與具有動(dòng)態(tài)修復(fù)功能的高可靠性在軌模式兩種三處理器 FPGA片內(nèi)處理系統(tǒng)，并通過快速重構(gòu)在同一片F(xiàn)PGA中對(duì)這兩個(gè)系統(tǒng)分時(shí)實(shí)現(xiàn)。該方法具有定制程度較高的特點(diǎn)，能夠有效縮短可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)的開發(fā)周期，進(jìn)而加快一

4、體化航天器的研制進(jìn)程。通過針對(duì)該方法建立的同步數(shù)據(jù)流與Markov狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，對(duì)計(jì)算機(jī)的性能與可靠性進(jìn)行了理論分析，并經(jīng)與普通三模冗余系統(tǒng)的比較，結(jié)果表明基于該方法設(shè)計(jì)的可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)具有更高的長期可靠性。
　　針對(duì)可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)的核心器件FPGA對(duì)空間輻射敏感的問題，對(duì)其故障屏蔽與修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了研究。研究首先提出了一種基于FPGA片內(nèi)RAM的抗輻射有限狀態(tài)機(jī)電路，通過將傳統(tǒng)由可編程邏輯單元構(gòu)成的電路，轉(zhuǎn)化為受冗余校驗(yàn)編碼保

5、護(hù)的電路加以實(shí)現(xiàn)，從而使得FPGA中有限狀態(tài)機(jī)電路對(duì)空間輻射的抵抗能力明顯提高，進(jìn)而提高了可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)整體的可靠性。接下來提出了一種用于NPC問題求解，能夠支持非CNF格式輸入的改進(jìn)型GSAT算法，并將其應(yīng)用于FPGA的永久性故障電路修復(fù)，從而有效解決了FPGA的永久性輻射損傷將直接導(dǎo)致可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)整體失效的問題。該算法所需的計(jì)算量較小，內(nèi)存占用量也較少，能夠適用于計(jì)算能力與硬件資源受限的星上環(huán)境。
　　針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真在

6、可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中存在的局限性，基于Matlab/Simulink與Modelsim建立了一種跨學(xué)科數(shù)字化協(xié)同仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)硬件電路在控制系統(tǒng)中數(shù)字化的仿真驗(yàn)證?；趩屋S氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)建了可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)在回路中的半物理仿真驗(yàn)證環(huán)境，針對(duì)某型號(hào)微小型航天器的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)工程樣機(jī)，并對(duì)工程樣機(jī)的計(jì)算能力、閉環(huán)控制效果與錯(cuò)誤應(yīng)對(duì)機(jī)制等方面進(jìn)行了半物理的仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)構(gòu)顯示所設(shè)計(jì)的可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)工