面向商业卫星领域的ZYNQ在轨加载重构方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向商业卫星领域的ZYNQ在轨加载重构方法及系统，其中方法包括：配置数据引导：对在轨应用系统进行上电，该系统包括存储单元、重构管理控制器和ZYNQ处理器；基于存储单元的磁性随机存储器读取加载头文件和第一阶段加载程序，并基于存储单元的快闪存储器加载ZYNQ处理器的可编程逻辑模块和处理系统模块；回读校验：对处理系统模块和可编程逻辑模块进行在线监测，并实时进行单粒子翻转和单粒子功能中断判定；复位与重配置：当判定存在单粒子翻转时进行复位，当判定存在单粒子功能中断时进行重配置。本发明专利技术能有效监测ZYNQ在轨道空间运行环境下的运行状态，保证空间辐照环境下对ZYNQ在轨软件高可靠重构。间辐照环境下对ZYNQ在轨软件高可靠重构。间辐照环境下对ZYNQ在轨软件高可靠重构。

【技术实现步骤摘要】
面向商业卫星领域的ZYNQ在轨加载重构方法及系统


[0001]本专利技术涉及数字信号处理
，尤其涉及一种面向商业卫星领域的ZYNQ在轨加载重构方法及系统。

技术介绍

[0002]ZYNQ芯片是Xilinx公司的芯片，将PS(处理系统)及PL(可编程逻辑)集成到一个SOC，处理系统集成了同构双核ARM、接口和存储外设可编程逻辑。ZYNQ既有可编程逻辑的高并行运算能力，又有ARM的数据、信号处理能力，使其在医疗、仪器仪表、汽车巡航、航空航天工业等领域都具有一席之地。
[0003]在航天领域，随着我国科学技术的进步，卫星通信技术也日益加强，其在民商用或军事方面的运用一直以来都是重中之重。卫星通信是地面通信网络的有效补充和必要备份，尤其在大都市外非人口稠密地区、海洋/高原等用户动态变化地区是最经济、最有效的通信手段。近年来，随着海洋经济、数字经济等新经济形态的迅速崛起，对商航卫星通信提出了更低功耗、更小体积、更高带宽、更高通信容量、更强交换能力和支持信号多样性等要求，商业航天因不受进口器件限制，将高集成、高性能、低功耗、低成本的商用器件ZYNQ作为主控CPU已成趋势。
[0004]现代通信卫星的工作频率越来越高，工作电压也较低，这都使得主控CPU对单粒子效应更加敏感。卫星运行环境中充满各种各样的高能粒子：如质子、α离子、重离子、γ射线、电子等，这些粒子都可能造成单粒子效应，而ZYNQ作为商业器件抗单粒子翻转能力弱，容易受到高能粒子影响发生SEU/SEFI，进而引发存储器数据翻转、程序异常甚至系统失效，对卫星的稳定性和可靠性带来严重的影响和危害。为适应复杂多变的太空环境，提高通信卫星的高可靠性，保证系统的稳定运行，需对ZYNQ进行系统加固，目前加固方法有限，主要包括外加硬件EDAC和FPGA编程实现EDAC。ZYNQ本身已高度集成硬件架构固定，不便外加EDAC电路，而在FPGA中实现EDAC因SRAM的掉电易失性也对其可靠性提出疑问。所以，本专利技术提出一种在软件层面去实现面向商业卫星领域的基于ZYNQ系统加固方法，是非常必要且有价值的。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出一种面向商业卫星领域的ZYNQ在轨加载重构方法及系统，能有效监测ZYNQ在轨道空间运行环境下的运行状态，保证空间辐照环境下对ZYNQ在轨软件高可靠重构，从而实现通用平台下基于不同功能的软件定义卫星；提高ZYNQ中PS和PL的在轨引导、运行阶段的抗单粒子容错能力，极大概率减小了SEU/SEFI对系统有效通信的影响，来实现系统的高可靠性、高性能地运行。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种面向商业卫星领域的ZYNQ在轨加载重构方法，包括：
[0008]配置数据引导：对在轨应用系统进行上电，所述在轨应用系统包括存储单元、重构
管理控制器和ZYNQ处理器；基于所述存储单元的磁性随机存储器读取加载头文件和第一阶段加载程序，并基于所述存储单元的快闪存储器加载所述ZYNQ处理器的可编程逻辑模块和处理系统模块；
[0009]回读校验：基于所述重构管理控制器对所述处理系统模块进行在线监测，并实时进行单粒子翻转和单粒子功能中断判定；基于所述处理系统模块通过PCAP通道对所述可编程逻辑模块的配置状态寄存器和配置位流进行在线监测和刷新，并实时进行单粒子功能中断判定；
[0010]复位与重配置：当判定存在单粒子翻转时进行复位，当判定存在单粒子功能中断时进行重配置。
[0011]进一步地，所述存储单元包括磁性随机存储器和多个快闪存储器，所述磁性随机存储器通过所述重构管理控制器电连接所述ZYNQ处理器的可编程逻辑模块和处理系统模块，并存储有所述可编程逻辑模块的位流文件和所述处理系统模块的程序文件，所述快闪存储器存储有加载头文件和第一阶段加载程序。
[0012]进一步地，所述重构管理控制器包括存储控制器、位流解析器和FPGA控制器，所述位流解析器分别连接所述存储控制器和FPGA控制器，所述存储控制器电连接所述存储单元的磁性随机存储器和快闪存储器，所述FPGA控制器电连接所述ZYNQ处理器的可编程逻辑模块和处理系统模块。
[0013]进一步地，所述ZYNQ处理器包括可编程逻辑模块和处理系统模块，所述可编程逻辑模块和所述处理系统模块通过内部高速总线连接实现数据交互通信，所述处理系统模块通过PCAP通道完成所述可编程逻辑模块的加载。
[0014]进一步地，所述可编程逻辑模块包括FPGA芯片，所述处理系统模块包括ARM处理器、内部存储器模块和外部接口模块，所述ARM处理器电连接所述内部存储器模块、所述外部接口模块和所述FPGA芯片。
[0015]进一步地，所述重构管理控制器能够根据所述ZYNQ处理器的时序要求从所述快闪存储器中读取所述可编程逻辑模块的位流文件，所述处理系统模块通过PCAP通道完成所述可编程逻辑模块的加载，启动过程中将所述可编程逻辑模块作为所述处理系统模块的外设来完成初始化配置，即使用第一阶段加载程序完成所述处理系统模块的初始化配置，并通过PCAP通道和所述可编程逻辑模块的位流文件完成所述可编程逻辑模块的加载配置。
[0016]进一步地，所述单粒子翻转和单粒子功能中断判定的方法包括：所述重构管理控制器选择任意两个所述快闪存储器，读取存储的所述可编程逻辑模块的位流信息并进行比对，如果一致则说明读取正确，否则说明读取错误，有概率发生了单粒子翻转和/或单粒子功能中断。
[0017]进一步地，所述ZYNQ处理器能够产生固定周期心跳信号和程序执行状态信号，并通过UART串口发送给重构管理控制器，由后者监测所述ZYNQ处理器的运行状态；当所述重构管理控制器没有接收到某个单元的心跳信号或接收的心跳信号异常，说明此单元工作状态异常，需进行单个单元的SRST软复位或者整个系统的POR硬复位；当程序执行异常时，由所述重构管理控制器决定是否进行相关操作，所述相关操作包括复位或程序跳转操作。
[0018]进一步地，所述处理系统模块通过PCAP通道对所述可编程逻辑模块的配置状态寄存器进行监测时，监测状态能够通过UART接口与所述可编程逻辑模块进行交互，所述配置
状态寄存器包括FAR寄存器和STAT寄存器；所述处理系统模块通过PCAP通道对所述可编程逻辑模块的位流进行刷新时，刷新内容包括CLB、IO、DSP和BRAM互联的配置数据。
[0019]一种面向商业卫星领域的ZYNQ在轨应用系统，包括存储单元、重构管理控制器和ZYNQ处理器，所述重构管理控制器电连接所述存储单元和所述ZYNQ处理器；所述存储单元包括磁性随机存储器和快闪存储器，所述ZYNQ处理器包括可编程逻辑模块和处理系统模块，所述磁性随机存储器能够读取加载头文件和第一阶段加载程序，所述快闪存储器能够加载所述ZYNQ处理器的可编程逻辑模块和处理系统模块；所述重构管理控制器能够对所述处理系统模块进行在线监测，并实时进行单粒子翻转和单粒子功能中断判定；所述处理系统模块能够通过PCAP通道对所述可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向商业卫星领域的ZYNQ在轨加载重构方法，其特征在于，包括：配置数据引导：对在轨应用系统进行上电，所述在轨应用系统包括存储单元、重构管理控制器和ZYNQ处理器；基于所述存储单元的磁性随机存储器读取加载头文件和第一阶段加载程序，并基于所述存储单元的快闪存储器加载所述ZYNQ处理器的可编程逻辑模块和处理系统模块；回读校验：基于所述重构管理控制器对所述处理系统模块进行在线监测，并实时进行单粒子翻转和单粒子功能中断判定；基于所述处理系统模块通过PCAP通道对所述可编程逻辑模块的配置状态寄存器和配置位流进行在线监测和刷新，并实时进行单粒子功能中断判定；复位与重配置：当判定存在单粒子翻转时进行复位，当判定存在单粒子功能中断时进行重配置。2.根据权利要求1所述的面向商业卫星领域的ZYNQ在轨加载重构方法，其特征在于，所述存储单元包括磁性随机存储器和多个快闪存储器，所述磁性随机存储器通过所述重构管理控制器电连接所述ZYNQ处理器的可编程逻辑模块和处理系统模块，并存储有所述可编程逻辑模块的位流文件和所述处理系统模块的程序文件，所述快闪存储器存储有加载头文件和第一阶段加载程序。3.根据权利要求1所述的面向商业卫星领域的ZYNQ在轨加载重构方法，其特征在于，所述重构管理控制器包括存储控制器、位流解析器和FPGA控制器，所述位流解析器分别连接所述存储控制器和FPGA控制器，所述存储控制器电连接所述存储单元的磁性随机存储器和快闪存储器，所述FPGA控制器电连接所述ZYNQ处理器的可编程逻辑模块和处理系统模块。4.根据权利要求1所述的面向商业卫星领域的ZYNQ在轨加载重构方法，其特征在于，所述ZYNQ处理器包括可编程逻辑模块和处理系统模块，所述可编程逻辑模块和所述处理系统模块通过内部高速总线连接实现数据交互通信，所述处理系统模块通过PCAP通道完成所述可编程逻辑模块的加载。5.根据权利要求1所述的面向商业卫星领域的ZYNQ在轨加载重构方法，其特征在于，所述可编程逻辑模块包括FPGA芯片，所述处理系统模块包括ARM处理器、内部存储器模块和外部接口模块，所述ARM处理器电连接所述内部存储器模块、所述外部接口模块和所述FPGA芯片。6.根据权利要求1所述的面向商业卫星领域的ZYNQ在轨加载重构方法，其特征在于，所述重构管理控制器能够根据所述ZYNQ处理器的时序要求从所述快闪存储器中读取所述可编程逻辑模块的位流文件，所述处理系统模块通过PCAP通道完成所述可编程逻辑模块的加载，启动过程中将所述可编程逻辑...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永强，陈兴，陈奕钢，周亮，江鸿鹄，余辉，杨宇，陈毅，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：