一种基于ALU单元的改进的三模冗余结构设计

An Improved Triple Module Redundancy Method for Dynamic Reconfigurable Computers Based on
FPGA
作者： 谢燕[1];张超洋[2,3];周启忠[1];成奎[1]
作者机构： [1]宜宾学院中德工程学院,四川宜宾644007;[2]宜宾学院物理与电子工程学院,四川宜宾644007;[3]四川轻化工大学自动化与信息工程学院,四川宜宾644000
出版物刊名： 宜宾学院学报
页码： 6-9页
年卷期： 2019年 第12期
主题词： 三模冗余;可编程逻辑门列;故障冗余;重新配置控制器;表决电路
摘要：为了提高动态可重构计算机自身的抗干扰能力,提出一种基于FPGA的动态可重构计算机的三模冗余改进法.采用三模块比较的容错模式,通过对三模冗余的多数表决电路进行检测和动态重构提升整个系统的容错能力,从而降低系统因表决电路故障而产生的错误.经Virtex-4 FPGA 的片上PowerPC处理器对该方法进行系统验证,证明此方法的有效性和正确性.。

一种基于三模冗余的星载综合电子系统的制作方法专利名称：一种基于三模冗余的星载综合电子系统的制作方法技术领域：本发明涉及皮卫星的综合电子系统，尤其涉及皮卫星的数据处理和数据存储的综合电子系统。

背景技术：皮卫星是指重量为公斤级的微小卫星。

与大卫星相比，它有成本低廉、制造和发射周期短、应急反应快的优势。

综合电子系统是皮卫星的数据和指令枢纽，主要承担皮卫星的数据处理、数据存储、数据传输及指令收发和响应等重要任务，是皮卫星的重要组成部分，它的性能与可靠性很大程度上代表了整个皮卫星的性能与可靠性。

公开号为102624439A的发明专利申请公开了一种多功能的皮卫星的集成检测设备，包括无线通信链路模块、有线综合测试模块、温度采集控制模块、太阳能电池模拟器接口模块、控制模块、数据发送接收模块和PC控制台，其中，所述无线通信链路模块、有线综合测试模块、温度采集控制模块、太阳能电池模拟器接口模块的输入端皆与控制模块的输出端连接，所述控制模块的输入端与所述数据发送接收模块的输出端连接，所述数据发送接收模块的输入端与PC控制台的输出端连接；所述无线通信链路模块包括下行链路单元和上行链路单元，所述下行链路单元用于接收皮卫星下行射频信号并将其解调为数字基频信号并输出到控制模块；所述上行链路单元将数字基频信号调制到上行射频信号并通过天线输出到皮卫星；所述有线综合测试模块包括第一 UART虚拟主机、电平转换芯片和标准串口；所述有线综合测试模块用于将控制模块发送的指令和数据通过标准串口输出到皮卫星综合测试接口，并将皮卫星返回的数据通过标准串口接收；所述温度采集控制模块包括温度采集单元和温度控制执行单元，所述温度采集单元采集温度数据，所述的控制模块通过IIC总线读取温度传感器中的温度数据；所述温度控制执行单元包括加热驱动器和加热片，加热驱动器根据控制模块的控制信号来决定加热片的开和关从而实现对卫星表面温度的控制；所述太阳能电池模拟器接口模块包括第二 UART虚拟主机、电平转换芯片、标准串口；所述太阳能电池模拟器接口模块用于将控制模块发送的指令和数据通过标准串口输出到太阳能电池模拟器，并将太阳能电池模拟器返回的电流、电压数据通过标准串口接收；所述控制模块包括数字信号处理器、SDRAM和FLASH ;其中FLASH是数字信号处理器代码的存储空间，SDRAM是数字信号处理器运行过程中数据、代码的暂存空间；数字信号处理器负责接收从数据发送接收模块来的指令与数据并进行解析，进而向无线通信链路模块、有线综合测试模块、太阳能电池模拟器接口模块发送指令并接收这些模块返回的数据转发至数据发送接收模块；数字信号处理器同时负责分析从温度采集控制模块采集来的温度数据并不断发出控制信号；所述数据发送接收模块包括USB 数据通路单元和以太网数据通路单元；所述USB数据通路单元负责将数据在PC 控制台与控制模块之间进行转发；所述以太网数据通路单元负责将数据在PC控制台与控制模块之间以以太网协议进行转发；所述PC控制台用于接收所述数据发送接收模块发送的数据，进行皮卫星的下传数据解析，以及对来自所述温度采集控制模块、太阳能电池模拟器接口模块的数据进行处理；同时发送指令到所述数据发送接收模块，控制集成检测设备完成皮卫星数据上传，控制温度采集控制模块、太阳能电池模拟器接口模块进行工作。

基于FPGA的三模冗余UART电路设计
韩月涛;潘伟萍;杨帆;崔嵬
【期刊名称】《电子测量技术》
【年(卷),期】2011(34)3
【摘要】针对在星载复杂空间环境下UART(universal asynchronous receiver/transmitter)电路有可能发生单粒子翻转导致通信失效的问题,研究了基于反熔丝型FPGA的三模冗余UART电路设计方法。

根据UART异步串行收发电路的功能特点,提出了采用反熔丝型的FPGA,将电路的核心功能嵌入到FPGA内部,用硬件描述语言VHDL开发各个模块,对UART异步串口收发电路的关键部分进行了三模冗余设计,提高了系统的可靠性。

进一步,给出了异步串行该收发电路的工作原理、实现框图、资源分析,仿真结果验证了该方法的有效性。

此设计方法已经成功应用于某系统中,试验证明该UART电路设计占用资源少、工作稳定可靠。

【总页数】5页(P57-61)
【关键词】三模冗余;反熔丝;通用异步串行通信(UART);现场可编程门阵列(FPGA)【作者】韩月涛;潘伟萍;杨帆;崔嵬
【作者单位】北京理工大学信息与电子学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN713
【相关文献】
1.基于CPLD/FPGA的串行异步通信(UART)接口电路设计 [J], 储海燕
2.基于FPGA的UART通信接口电路设计 [J], 张蕾
3.基于FPGA的UART电路设计与实现 [J], 黄毓芯
4.基于FPGA的简化UART电路设计 [J], 杨夏;王平;张军
5.一种基于FPGA的UART电路设计 [J], 郑争兵
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专利名称：一种基于三模冗余的程序在轨加载刷新方法专利类型：发明专利
发明人：姚建冲,陈伟波,缪晓红,李奇奋
申请号：CN201911269700.X
申请日：20191211
公开号：CN111176908A
公开日：
20200519
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及卫星载荷技术领域，特别涉及一种基于三模冗余的程序在轨加载刷新方法。

该方法显著提高了空间载荷在轨运行的可靠性，很大程度上避免了由于空间单粒子现象等造成的单比特翻转现象，提高了基于SRAM型FPGA+DSP架构的空间载荷在轨运行的连续可靠性。

该方法实现简单，可以在耗费较少资源的条件下，满足到空间载荷数字电路部分长时间在轨连续运行的可靠性需求。

申请人：北京遥测技术研究所,航天长征火箭技术有限公司
地址：100076 北京市丰台区北京市9200信箱74分箱
国籍：CN
代理机构：中国航天科技专利中心
代理人：张丽娜
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一种基于三模冗余的智能复合传感器设计雷志东;张晓林【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2014(000)003【摘要】提出了一种基于三模冗余的智能复合传感器的设计方法，能对环境温度、相对湿度与绝对压力进行测量。

为了提高测量的精度，延长产品的寿命，传感器采集的环境参量均从3个敏感元件获得，并通过智能处理器对其进行智能判读，剔除误差较大或错误的数据，实现三模冗余，使得即使有一个敏感元件失效，所设计的传感器依然能正常工作并且能上报故障状态，极大地提高了传感器的可靠性与使用寿命。

经过试验，设计的传感器在-40~85℃的环境中，温度采集精度优于0.5℃，相对湿度采集精度优于3%，绝对压力采集精度优于0.1 kPa。

该型复合传感器现已完成样机试制，具有重要工程应用价值。

%A design method of intelligent composite sensor based on triple modular redundancy is proposed,which can mea-sure environmental temperature,relative humidity and absolute pressure. In order to improve the measuring accuracy and extend the product life,the environment parameters are all obtained from three sensitive elements. An intelligent interpretation method is also presented to eliminate error or incorrect data,to realize triple module redundancy,so that even one sensitive component is broken,the sensor can still work normally and the fault state can be reported. Consequently,the reliability and service life of the sensor is greatly improved. Through testing,the designed sensor can work intemperature environment of -40~85 ℃,and the te mperature acquisition accuracy is better than 0.5 ℃,the relative humidity accuracy is better than 3%,and the absolute pressure accuracy is better than 0.1 kPa. The compound sensor has been manufactured,which has important application value in the engineering field.【总页数】4页(P80-83)【作者】雷志东;张晓林【作者单位】北京航空航天大学电子信息工程学院，北京 100191; 海军装备部天津局，天津 300061;北京航空航天大学电子信息工程学院，北京 100191【正文语种】中文【中图分类】TN710-34【相关文献】1.一种基于ALU单元的改进的三模冗余结构设计 [J], 尹立群;袁国顺2.基于MEMS技术的复合型智能传感器设计 [J], 曲国福;刘宏昭3.一种基于IEEE1451的网络化智能传感器设计 [J], 尹宝军;叶湘滨4.一种基于三模冗余令牌的自恢复控制器 [J], 孙科;梁华国;黄正峰;王伟5.一种基于CAN总线的智能湿度传感器设计 [J], 梁绒香因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于三模冗余结构的自刷新寄存器设计陈钟鹏;邹巧云;施斌友;万书芹【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2014(000)009【摘要】设计了一种带自刷新功能的寄存器，该寄存器采用两级数据锁存结构，在第二级锁存结构中设计了一个选择电路。

该选择电路采用三选二机制，用于三模冗余结构中取代常用寄存器，选择数据来自三模冗余结构的三路输出。

有两路值相同，输出结果为该值，用于修正寄存器的输出值。

在0.13μm工艺条件下用此结构设计的寄存器，面积为32.4μm×8.4μm，动态功耗0.072μW·MHz-1，建立时间0.1 ns，保持时间0.08 ns。

该结构用于三模冗余结构中，可有效防止单粒子翻转效应（Single Event Upset, SEU）的发生。

测试结果表明采用该结构的寄存器组成的存储单元三模冗余加固结构，在时钟频率1 GHz时，单粒子翻转错误率小于10-5。

%Designed a self-relfesh lfip-lfop which structure has two data latches and a voter circuit is added to the second stage latch. The function of the voter is to output the logic value that corresponds to at least two of its inputs. The new lfip-lfop can be used to the circuit of triple module redundancy to instead of normal lfip-lfop. It fabricated in 0.13μm standard CMOS process occupies a die area of 32.4μm×8.4μm, the dynamic power consumption wa s 0.072μW·MHz-1, the setup time is 0.1 ns, and the hold time is 0.08 ns. This structure was applied to Triple Module Redundancy can efifciently prevent Single Event Upset, and Experiment results show that Single-Event Effect Error rate lower than 10-5.【总页数】4页(P21-24)【作者】陈钟鹏;邹巧云;施斌友;万书芹【作者单位】中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡214035;中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡214035;中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡214035;中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡214035【正文语种】中文【中图分类】TN386【相关文献】1.一种带自刷新功能的三模冗余触发器设计 [J], 曹靓;王文;封晴2.一种基于ALU单元的改进的三模冗余结构设计 [J], 尹立群;袁国顺3.基于异步电路技术改进三模冗余结构 [J], 龚锐;陈微;刘芳;戴葵;王志英4.基于三模冗余结构的列车监控记录系统 [J], 王鸿欣;崔光照;杨扬5.一种抗单粒子瞬态辐射效应的自刷新三模冗余触发器 [J], 曹靓;田海燕;王栋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于异步电路技术改进三模冗余结构龚锐;陈微;刘芳;戴葵;王志英【期刊名称】《计算机研究与发展》【年(卷),期】2006(043)0z2【摘要】在借鉴异步电路技术的基础上,对传统三模冗余(TMR)结构进行了改进,提出了基于异步C单元的双模冗余(DMR)结构和基于DCTREG的时空三模冗余(TSTMR-D)结构. DMR结构每位只需两个冗余单元,并采用异步C单元对冗余单元的输出进行同步. TSTMR-D结构采用解同步电路中显式分离主从锁存器的结构,可以广泛用于各种流水线.在SMIC 0.35μm工艺下分别以DMR,TMR和TSTMR-D 结构实现了3个容错8051内核.错误注入实验结果表明,与TMR结构相比,DMR结构可以减小芯片面积,提高芯片性能,同时具有容时序逻辑SEU的特性. TSTMR-D 结构在恰当的面积和延迟开销下,可以对各种类型的电路结构进行全面的SEU和SET防护.【总页数】5页(P23-27)【作者】龚锐;陈微;刘芳;戴葵;王志英【作者单位】国防科学技术大学计算机学院,长沙,410073;国防科学技术大学计算机学院,长沙,410073;国防科学技术大学计算机学院,长沙,410073;国防科学技术大学计算机学院,长沙,410073;国防科学技术大学计算机学院,长沙,410073【正文语种】中文【中图分类】TP302.8【相关文献】1.基于三模冗余结构的自刷新寄存器设计 [J], 陈钟鹏;邹巧云;施斌友;万书芹2.基于三模冗余架构的集成电路加固设计 [J], 桂江华;徐睿;卓琳3.一种基于ALU单元的改进的三模冗余结构设计 [J], 尹立群;袁国顺4.基于三模冗余结构的列车监控记录系统 [J], 王鸿欣;崔光照;杨扬5.基于FPGA的三模冗余UART电路设计 [J], 韩月涛;潘伟萍;杨帆;崔嵬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。