用于数字信号处理平台架构的单粒子效应防护系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于数字信号处理平台架构的系统级单粒子效应防护系统及方法，属于空间通信技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，在星载数字信号处理平台中，由于主要采用大规模SRAM型FPGA和DSP完成数字信号处理功能，该类产品发生单粒子效应的概率大大提高。
[0003]从公开刊物了解到，针对目前的数字信号处理系统，主要通过冗余、刷新、纠检错等方法来缓解系统的单粒子效应，使得系统在发生SEU的情况下仍能够正常工作。但当系统发生SEFI时，以上这些措施也没办法解决，必须采取有针对性的SEFI恢复措施，才能让系统恢复正常。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:克服现有技术的不足，提供一种用于数字信号处理平台架构的单粒子效应防护系统及方法，能够解决系统的SEFI问题，提升了数字信号处理系统的空间可靠性。
[0005]本发明采用的技术方案是:
[0006]用于数字信号处理平台架构的单粒子效应防护系统，包括:FPGA芯片、DSP芯片、SEFI检测恢复单元、第一存储器和第二存储器，SEFI检测恢复单元包含FPGA状态检测及恢复模块、DSP状态检测及恢复模块、回读校验及刷新模块、配置模块、看门狗、DSP加载控制模块和存储器控制模块；
[0007]FPGA芯片将工作状态信号发送到FPGA状态检测及恢复模块，FPGA状态检测及恢复模块检测FPGA芯片的工作状态，若FPGA芯片工作正常，则继续进行工作状态检测，若FPGA芯片发生单粒子功能中断SEFIJlj FPGA状态检测及恢复模块发送复位信号给FPGA芯片，令其复位重配置；
[0008]配置模块通过存储器控制模块控制第一存储器，从第一存储器中将FPGA芯片的配置程序加载到FPGA芯片的配置存储区，回读校验及刷新模块从FPGA芯片的配置存储区将状态寄存器和控制寄存器的值读取出来，与状态寄存器和控制寄存器的原始值进行比对，若相同，则继续进行回读检测，若不同，则给错误指示信号到FPGA状态检测及恢复模块，通过回读校验及刷新模块对FPGA芯片进行配置存储区刷新，如果状态仍异常，则通过FPGA状态检测及恢复模块对FPGA芯片复位重配置；
[0009]DSP芯片将工作状态信号发送到DSP状态检测及恢复模块，DSP状态检测及恢复模块检测DSP芯片的工作状态，若DSP芯片工作正常，则判断检测点信息是否需要存储，若属于要保护的检测点，则将检测点信息通过存储器控制逻辑存储到第二存储器，并继续进行工作状态检测，若不需要存储检测点，仍继续进行工作状态检测，若DSP芯片发生SEFI，贝IJ DSP状态检测及恢复模块发送复位信号给DSP芯片，令其复位；所述检测点是指用于恢复DSP工作现场的DSP程序中的位置点；
[0010]DSP加载控制模块通过存储器控制模块控制第二存储器，从第二存储器中将DSP芯片的配置程序加载到DSP芯片的配置存储区；
[0011]看门狗模块定时接收来自DSP芯片的工作状态指示信号，若长时间没有收到指示信号，看门狗模块对DSP芯片进行复位。
[0012]用于数字信号处理平台架构的单粒子效应防护方法，步骤如下:
[0013](I)配置模块通过存储器控制模块控制第一存储器，从第一存储器中将FPGA芯片的配置程序加载到FPGA芯片的配置存储区；DSP加载控制模块通过存储器控制模块控制第二存储器，从第二存储器中将DSP芯片的配置程序加载到DSP芯片的配置存储区；
[0014](2) FPGA芯片将工作状态信号发送到FPGA状态检测及恢复模块，FPGA状态检测及恢复模块检测FPGA芯片的工作状态，若FPGA芯片工作正常，则继续进行工作状态检测，若FPGA芯片工作异常，则表示发生了单粒子功能中断SEFI，则FPGA状态检测及恢复模块发送复位信号给FPGA芯片，令其复位重配置；
[0015]回读校验及刷新模块从FPGA芯片的配置存储区将状态寄存器和控制寄存器的值读取出来，与状态寄存器和控制寄存器的值原始值进行比对，若相同，则继续进行回读检测，若不同，则给错误指示信号到FPGA状态检测及恢复模块，通过回读校验及刷新模块对FPGA芯片进行配置存储区刷新，如果状态仍异常，则通过FPGA状态检测及恢复模块对FPGA芯片复位重配置；
[0016](3)DSP芯片将工作状态信号发送到DSP状态检测及恢复模块，DSP状态检测及恢复模块检测DSP芯片的工作状态，若DSP芯片工作正常，则判断检测点信息是否需要存储，若属于要保护的检测点，则将检测点信息通过存储器控制逻辑存储到第二存储器，并继续进行工作状态检测，若不需要存储检测点，仍继续进行工作状态检测，若DSP芯片工作异常，则表示发生了单粒子功能中断SEFI，则DSP状态检测及恢复模块发送复位信号给DSP芯片，令其复位；所述检测点是指用于恢复DSP工作现场的DSP程序中的位置点；
[0017]看门狗模块定时接收来自DSP芯片的工作状态指示信号，若长时间没有收到指示信号，看门狗模块对DSP芯片进行复位，完成所述单粒子效应的防护。
[0018]所述FPGA芯片的工作状态信号包括DONE信号、BUSY信号、FAR帧地址寄存器值、状态寄存器值和控制寄存器值。
[0019]所述步骤⑵具体为:
[0020](4.1)监测DONE信号:检测DONE信号是否为高电平，若DONE信号为高电平，则执行步骤(4.2);否则，认为FPGA芯片的上电复位电路发生了单粒子功能中断，执行步骤(4.5);
[0021](4.2)监测BUSY信号:检测BUSY信号是否为高电平，若BUSY信号为高电平，执行步骤(4.3);否则，认为FPGA芯片发生了 SELECTMAP接口的单粒子功能中断，执行步骤(4.5);
[0022](4.3) FAR帧地址寄存器读写:在进行每次刷新或者回读操作前，将FAR帧地址寄存器先写入FPGA芯片的配置存储区，判断回读出的值是否正确，若正确，则继续进行步骤
(4.4);否则，认为FPGA芯片发生了 SELECTMAP接口的单粒子功能中断，执行步骤(4.5)；
[0023](4.4)状态寄存器值和控制寄存器值读写:通过回读状态寄存器和控制寄存器的值，如果与默认值不相同，认为FPGA芯片发生了 Global signals SEFI (全局信号的单粒子功能中断)或POR SEFI (上电复位电路的单粒子功能中断)，执行步骤(4.5);
[0024](4.5)通过复位重配置或者断电重配置进行SEFI故障恢复。
[0025]所述步骤(3)具体为:
[0026](5.1)启动看门狗，在DSP正常工作过程中产生喂狗信号，并监测DSP芯片发来的工作状态信号，若工作状态信号为预期的正确值，则进行步骤(5.2);否则，认为DSP芯片发生了单粒子功能中断，执行步骤(5.3);
[0027](5.2)判断检测点保存条件是否满足，若属于要保护的检测点，则通过存储器控制模块将检测点的内容保存至第二存储器，存储完成后返回步骤(5.1);否则，直接返回步骤(5.1);所述要保护的检测点是指:由用户指定的DSP程序中需要做保存动作的位置或者由指定固定间隔时间自动做保存动作的位置；
[0028](5.3)启动DSP状态检测及恢复模块中的DSP复位逻辑，并执行检测点恢复；所述检测点恢复的内容包括= (I)DSP程序执行现场:包含控制寄存器和通用寄存器；(2)程序执行栈；(3)程序的计算数据集合。
[0029]所述执行检测点恢复具体为:
[0030]检测点的恢复由硬件触发，即被SEFI检测恢复单元中的DSP状态检测及恢复模块触发中断，根据中断信号复位DSP，DSP重新启动后，自动引导，然后以异常处理的方式执行检测点恢复；在检测点恢复过程中，从第二存储器中读取DSP程序上一个检测点的信息，将信息加载到寄存器和堆栈中，然后跳入指定的程序地址，重新执行被中断的程序。
[0031]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0032](I)本发明为了满足数字信号处理系统空间环境适应力要求，采用检测DONE信号、BUSY信号和FAR值以及状态寄存器值和控制寄存器值的方法检测系统的单粒子功能中断，解决了由于SELECTMAP接口、POR上电复位电路的SEFI引起的FPGA上电配置及刷新失效的问题。
[0033](2)本发明通过回写配置文件及检测点存储文件或者系统复位的方式实现系统功能的恢复，大大降低数字信号处理系统在空间辐射环境下运行时发生单粒子功能中断的概率，提升系统的抗单粒子能力。
【附图说明】
[0034]图1为本发明防护系统的原理框图；
[0035]图2为本发明防护方法流程图；
[0036]图3为本发明用于系统FPGA的SEFI检测及恢复流程图；
[0037]图4为本发明用于系统DSP的SEFI检测及恢复流程图。
【具体实施方式】
[0038]本发明提供了一种适应于数字信号处理平台的系统级单粒子效应防护系统及防护方法，采用SEFI检测恢复单元进行系统的状态检测，判断FPGA和DSP若发生SEFI，采取恢复措施。针对FPGA的