基于溫備份技術的高可靠嵌入式控制器設計

3 軟件設計
3.1 FPGA邏輯設計
　FPGA實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)復接功能，完成兩路串行輸入數(shù)據(jù)的復接并通過串行接口輸出。復接器在FPGA中實現(xiàn)分為3個模塊：串行輸入模塊、復接模塊和串行輸出模塊，如圖7所示。兩路LVDS數(shù)據(jù)通過串行輸入模塊存儲在相應的FIFO中，復接模塊中的控制邏輯同步地取出1個或2個FIFO中的數(shù)據(jù)并通過復接單元復接后存入FIFO3，串行輸出模塊將FIFO3中的數(shù)據(jù)取出并發(fā)送。

3.2 MCU軟件
　主系統(tǒng)的MCU與備份系統(tǒng)的MCU的軟件功能有所不同：主MCU完成實驗的控制、數(shù)據(jù)的采集處理以及向備份MCU定時備份實驗關鍵數(shù)據(jù)及實驗進程信息；備份MCU除定時接收主MCU發(fā)送的備份數(shù)據(jù)外，其余時間處于休眠狀態(tài)。主備份MCU采用統(tǒng)一的程序設計，程序流程圖如圖8所示。主備份MCU按照特定輸入引腳的電平值確定本系統(tǒng)是主系統(tǒng)或備份系統(tǒng)，從而運行不同的程序。

　若主MCU出現(xiàn)暫時性故障，則主MCU內置的看門狗電路會重啟主MCU，讀入故障前的最后一次備份信息，繼續(xù)實驗。若主MCU出現(xiàn)永久性故障，則主系統(tǒng)進入掉電狀態(tài)，而備份MCU讀取Flash中的備份信息并接替主系統(tǒng)進行實驗控制。
隨著空間技術的進步，空間科學實驗的需求必然會提升到一個新的高度，同時對科學實驗設備的研發(fā)也提出了更高的要求。作為實驗控制核心部件，高可靠控制器的設計仍將是十分重要的課題。本文利用MSP430與IGLOO系列FPGA的低功耗特性完成的新型溫備份設計，在提高可靠性的同時保證了系統(tǒng)的低功耗，適用于未來空間科學實驗的高可靠控制。
參考文獻
[1] 蔡金榮，張立榮，周曉東.實踐系列衛(wèi)星空間環(huán)境探測的回顧[C].中國空間科學學會空間探測專業(yè)委員會第十九次學術會議，2006:423-427.
[2] 安軍社，陳曉敏，石俊峰，等.螢火一號探測器有效載荷數(shù)據(jù)管理器設計[J].空間科學學報，2009,29(5)：486-489.
[3] HIHARA H, YMADA K, ADACHI M. CRAFT: an experimental fault tolerant computer system for SERVIS-2 satellite[EB/OL]. http://pdf.aiaa.org/preview/CDReadyMIC SSC03_723/PV2003_2291.pdf.2003.
[4] 王建峰，蔣軒祥.一種基于溫備份的容錯計算機的設計與實現(xiàn)[J].微電子學與計算機，2002(9)：36-39.
[5] TANTIPHANWADI S. Spacecraft computers on the seastar satellite[EB/OL]. http://microsat.sm.bmstu.ru/e-library/ccdh/Hard/ts-xii-6.pdf，1999.
[6] 李春華，倪潤立.中國返回式衛(wèi)星與空間科學實驗[J].空間科學學報，2009，29(1):124-129.
[7] Actel Corporation. Competitive programmable logic power comparison white paper [S]. 2008.
[8] 符冬陽，賀貴明.增強并行口EPP協(xié)議及其應用[J].計算機應用，2001,21(10):62-63.
[9] 曾聲奎，趙廷弟，張建國，等. 系統(tǒng)可靠性設計分析教 程[M]. 北京:北京航空航天大學出版社，2000:32-36.