基于FPGA 和DSP 的星载软件动态重构设计

马传干

（中国西南电子技术研究所，四川成都 610036）

采用FPGA 和DSP 架构的卫星载荷设备，在空间环境中，软件的可靠性设计是一个难题[1-2]。传统的解决方法采取在轨更新升级，主要有3 种方式：1）利用一次性编程的反熔丝型FPGA 作为控制节点，完成其他节点FPGA 软件的重构功能[3]；2）通过预留钩子函数，利用增量编译链接的特性，实现DSP 软件部分功能的在轨修复[4]；3）基于操作系统引导加载的原理，系统启动并正常工作后，通过指令二次引导应用程序加载，实现软件更新升级的功能[5-7]。然而，这3 种方法都有一部分程序功能是固定的且无法修改。这种基于部分功能软件可重构的设计方式，其功能的可扩展性不全面，难于适应不断增长的差异化需求。因此，针对现有技术存在的不足之处，基于SRAM 型“双FPGA+DSP”的硬件架构，提出了一种具有安全启动特性，硬件实现更简单、功能重构更灵活，且全功能FPGA 和DSP 软件可实现在轨动态重构的解决方案，并对该方案的硬件实现原理和相关技术进行了分析和设计。

1 硬件实现原理

在星载传感器系统中，功能软件集中部署在载荷功能单元的可编程逻辑芯片FPGA 和数字信号处理器DSP 内部。

基于SRAM 型“双FPGA+DSP”架构的载荷功能单元，其总体框图如图1 所示，图中虚线框为与该功能单元密切关联的设备[8-10]。

图1 载荷功能单元总体框图

载荷功能单元对外有两类控制接口，分别为CAN总线接口以及OC复位脉冲接口，具体参数见表1。

表1 载荷功能单元对外接口表

载荷功能单元的主要元器件选型见表2。……