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《中国科学院国家空间科学中心》 2017年
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面向星载一体化综合电子系统的固态存储技术研究

许志宏  
【摘要】:星载固态存储系统作为卫星综合电子系统的关键组成部分,完成对卫星数据处理和数据记录等功能。随着卫星任务向着复杂化和多样化发展,面临以下两方面问题:一方面,现有星载固态存储系统方案设计高度定制化,灵活性差,缺乏可扩展性和可配置性,并且未实现即插即用设计;另一方面由于西方国家严格限制高性能的宇航级和军品级电子元器件对我国的出口,核心、高端和基础元器件国产化水平低,自主研发的进程较慢,致使国内星载固态存储系统整体性能偏低。在此背景下,以现有基于FPGA平台的固态存储控制技术为出发点,针对固态存储技术在一体化综合电子系统中的应用,在通用化、集成化和高可靠性等方面完成以下研究工作:首先,提出了星载固态存储控制器ASIC的设计方案。能够完成对高速、多路并行和大数据量的航天器载荷数据的合路接收、对大容量NAND Flash存储介质的高效控制以及按照CCSDS AOS协议对数据进行复接传输功能。为提高数据传输效率,在虚拟信道调度机制上采用基于紧张度的改进型轮询仲裁机制和多通道高速缓存技术。为具备可扩展性和通用性,采用星上通用1553B总线和SpaceWire总线接口。在系统级应用中,以ASIC为控制核心,实现存储板的标准化和即插即用功能,并在未来星载存储系统中完成对FPGA器件的替代。其次,以下一代抗辐照龙芯处理器SoC升级移植和拓展NAND Flash存储介质应用为目标,提出了基于NAND Flash的固态存储控制器IP核设计。在完成常规数据存储功能的同时,具备对SRAM型FPGA刷新和重加载控制的功能。通过对存储介质接口的时序转换,星载计算机能够对存储介质内全部空间进行读写访问,完成卫星在轨更新FPGA配置文件的功能,并在星载电子系统中实现了NAND Flash对NOR Flash和E2PROM的替代。最后,由于空间环境中单粒子翻转效应(Single Event Upset,SEU),以及存储器芯片在操作过程中因阈值电压偏移导致位比特错误等原因,使得存储数据的可靠性降低。为提高数据存储系统的数据容错性,依据NAND型Flash芯片物理结构和数据存储结构,针对性的提出一种RS(256,252)码+LDPC(8192,7154)码级联的纠检错(Error Detection And Correction,EDAC)并行编码设计,并优化编码算法的电路实现,在有限的硬件资源开销下,提高了整个存储系统的数据可靠性。
【学位授予单位】:中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V443;TP333

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