空间站环境﹢COTS﹢器件容错技术综述.pdf

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1、第２１卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．４２０１５年７月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＪｕｌ．２０１５空间站环境ＣＯＴＳ器件容错技术综述朱贾峰，毛佳佳，徐文波，方科挺，项世珍（中国电子科技集团第五十二研究所，杭州３１００１２）摘要：由于空间站环境的总辐照剂量影响较小，采用商用现货（ＣＯＴＳ）器件替代传统高等级抗辐照器件来降低成本是有效的方法，但是随着工艺尺寸的缩小，ＣＯＴＳ器件受单粒子效应的影响越来越突出。为抑制单粒子效应，ＣＯＴＳ器件通常需要采用多种软硬件容错设计。基于上述应用需求，对国内外采用ＣＯＴＳ器件的低轨卫星及其相关容错技术进行了总结和

2、分析，分别对存储器、ＳＲＡＭ型ＦＰＧＡ、ＤＳＰ、ＣＰＵ处理器进行了容错技术的研究和分析，总结了各类容错技术的现状及发展趋势。并针对上述四类ＣＯＴＳ器件，分别给出在空间站环境下的容错设计建议。关键词：商用现货；总辐照剂量；单粒子效应；容错设计；空间站；纠错编码中图分类号：Ｖ１９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１５）０４-０３７３-０９ReviewofFaultTolerantTechniquesinCOTS-basedDevicesinSpaceStationEnvironmentＺＨＵＪｉａｆｅｎｇ，ＭＡＯＪｉａｊｉａ，ＸＵＷｅｎｂｏ

3、，ＦＡＮＧＫｅｔｉｎｇ，ＸＩＡＮＧＳｈｉｚｈｅｎ（Ｎｏ．５２ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１２，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｉｎｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｏｔａｌｉｏｎｉｚｉｎｇｄｏｓｅ（ＴＩＤ）ｉｓｕｓｕａｌｌｙｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｏｆｆ-ｔｈｅ-ｓｈｅｌｆ（ＣＯＴＳ）ｄｅｖｉｃｅｓｍａｙｂｅｕｓｅｄｉｎｓｔｅａｄｏｆｔｈｅｔｒａｄｉ

4、-ｔｉｏｎａｌａｎｔｉ-ｒａｄｉａｔｉｏｎｏｎｅｓａｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｃｏｓｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅｓｃａｌｉｎｇｉｎｍｏｄｅｒｎｓｕｂ-ｍｉｃｒｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｓｉｎｇｌｅｅｖｅｎｔｅｆｆｅｃｔｓｂｅｃｏｍｅｍｏｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｓｍａｌｌｅｒａｎｄｄｅｎｓｅｒｌｏｇｉｃｂｉｔｓ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｒｅｕｓｕａｌｌｙｒｅｑｕｉｒｅｄｉｎｔｈｅＣＯＴＳｄｅ-ｖｉｃｅｓ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅＣＯＴＳ-ｂａｓｅｄ

5、ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓａｎｄｒｅｌａｔｅｄｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｅｐａ-ｐｅｒ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｏｎｔｈｅｍａｉｎｄｅｖｉｃｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｍｅｍ-ｏｒｉｅｓ，ＳＲＡＭＦＰＧＡｓ，ＤＳＰａｎｄＣＰＵａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗａｓｓｕｍ-ｍａｒｉｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｔｔｅｃｈｎｉ

6、ｑｕｅｓｗａｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄ，ｗｈｉｃｈｍａｙｂｅａ-ｄｏｐｔｅｄｉｎｔｈｅｌｏｗＥａｒｔｈｏｒｂｉｔｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ．Keywords：ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｏｆｆ-ｔｈｅ-ｓｈｅｌｆ（ＣＯＴＳ）；ｔｏｔａｌｉｏｎｉｚｉｎｇｄｏｓｅ；ｓｉｎｇｌｅｅｖｅｎｔｅｆｆｅｃｔ（ＳＥＥ）；ｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｔｄｅｓｉｇｎ；ｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ；ｅｒｒｏｒｃｏｎｔｒｏｌｃｏｄｉｎｇ空间环境中，ＣＯＴＳ器件会面临辐射剂量累１引言积（ＴＩＤ）、单粒子效应（ＳＥＥ）的问题，带来可靠［１］近地轨道航天器通常处于范艾伦辐射带下度降低。在低轨，通过增加

7、屏蔽壳厚度和改方，相比于中高轨道，空间辐照剂量的影响较进封装材料，ＣＯＴＳ器件能够基本消除辐照剂量［１］小。目前，国外已有众多低轨卫星采用了商用［２，５］累积效应的影响。单粒子效应主要包括单现货（ＣＯＴＳ）器件，在轨测试证明，ＣＯＴＳ器件能粒子闩锁（ＳＥＬ）、单粒子功能错误（ＳＥＦＩ）和单［２-７］够应用于低轨环境。粒子翻转（ＳＥＵ）［１］。对于单粒子闩锁，可以通收稿日期：２０１４-０８-１４；修回日期：２０１５-０５-２０作者简介：朱贾峰（１９８４－），男，博士，工程师，研究方向为大容量存储器和航天存储设备。Ｅ-ｍａｉｌ：ｚｊｆ０６００３４０７＠１

8、６３．ｃｏｍ３７４载人航天第２１卷过电流检测、电源重启、限流等措施进行保２畅２ＭＤＳ-１测试卫星［１，８］护