摘要
具有成本低、集成度高、研制周期短等优点的立方体卫星已成为航天领域发展的热点。星载计算机作为立方体卫星的核心部组件之一，其可靠性受空间环境高能粒子产生的各种辐射效应影响。受能源与空间制约，传统的基于硬件冗余方式提高星载计算机可靠性的方法无法满足立方体卫星的需求，因此通过软件手段提高星载计算机的可靠性成为了航天领域的研究热点，具有重要的应用价值。 论文针对提高星载计算机可靠性需求，设计了多bit检错与纠错方案，并以单板异构双核结构系统为基础，提出了一种适用于立方体卫星的高可靠性星载计算机容错与恢复方案，支持通过软件三模冗余引导和在线重构两种手段实现系统恢复。本文主要研究内容如下： (1)设计了基于扩展汉明码和CRC循环冗余码的EDAC检测与纠错方案。针对传统的检测与纠错算法只能实现单bit纠正、双bit检测的问题，通过CRC循环冗余码进行检错，设计组合行列扩展汉明码方案进行纠错，分析了在不同错误位模式下方案的检测与纠正能力，验证了该方案能够完全检测与纠正3bit及以下错误位。 (2)设计了基于ARM+FPGA单板异构双核结构的星载计算机系统和星载软件容错与恢复方案。针对星载程序两种启动方式分别提出了软件引导和在线重构容错与恢复方案。软件引导方案以软件三模冗余为基础，实现对片内星载程序的校验与恢复，保证了系统进入正常运行流程；在线重构方案通过设定的重构流程实现星载程序的重新烧录，并且星载程序通过EDAC方案进行可靠性维护。最后基于马尔科夫理论模型进行了可靠性分析，结果表明系统满足设计寿命可靠性要求。 (3)完成了星载计算机容错与恢复系统的软硬件设计，并进行了功能测试及鉴定级的热真空可靠性环境试验，验证了所设计的容错与恢复方案的可行性，并通过在轨数据证明了星载计算机具备在太空任务环境下正常工作的能力。
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