航天器嵌入式软件在轨维护及工程实现

纪春国，卢 丹，崔 阳，赵笙罡

（1.中国科学院微小卫星创新研究院，上海 201210；2.上海格思信息技术有限公司，上海 201210）

目前，世界各国航天事业飞速发展，航天在轨测控任务飞速增长，测控需求与日剧增。这就对航天测控分系统提出了更高的要求，主要体现在测控分系统的复杂度比之前有很大提升，传统航天测控分系统[1]模拟设备由于其设计复杂度高，调试、测试、联试难度大，周期长，再加上其大体积、高功耗的特点，很难适应航天测控分系统的要求，导致航天器在轨维护困难、在轨故障恢复工作难以快速实现，利用软件无线电技术[2]进行数字化处理已成趋势。采用数字化技术，利用可编程逻辑器件FPGA 和CPU 芯片进行设计[3]，使设备简单化、轻型化、小型化、模块化，并能实现低功耗且调试周期大大缩短，可以满足多种测控需求。但是，由于采用了软件无线电技术，软件在空间辐照环境中长时间运行，必然会出现单粒子翻转现象，尤其对基于SRAM 型FPGA 更容易发生此现象，使得软件所实现的功能性能异常，从而导致测控分系统无法完成前向遥控指令的接收和反向遥测数据的发送，进而无法完成在轨测控任务，这就急需在轨动态维护嵌入式软件来及时补救由于单粒子翻转带来的损失[4]。

为了便于航天器嵌入式软件在轨重构，并使其具备在轨修改能力，提出了一种针对航天器嵌入式软件安全有效的在轨更新维护方法，该方案基于抗单粒子能力免疫反熔丝FPGA 实现在轨对DSP 和SRAM 型FPGA 程序的动态加载[5]，从而实现在轨重构，并进行了工程实现。……