【摘 要】
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在航天领域中,星载计算机系统作为航空航天器中核心的控制部件,发挥着越来越重要的作用。由于其长期运行于太空高能粒子辐射环境中,容易受到高能粒子轰击而发生单粒子效应,致使系统运行产生故障。因此如何有效地评估单粒子效应对计算机系统的影响越来越受到研究人员的广泛关注。在实际情况中,单粒子模拟实验作为评估单粒子效应的有效手段,可以精准地模拟出处理器系统在实际太空辐射环境中运行中受到单粒子效应影响的情况,但是
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在航天领域中,星载计算机系统作为航空航天器中核心的控制部件,发挥着越来越重要的作用。由于其长期运行于太空高能粒子辐射环境中,容易受到高能粒子轰击而发生单粒子效应,致使系统运行产生故障。因此如何有效地评估单粒子效应对计算机系统的影响越来越受到研究人员的广泛关注。在实际情况中,单粒子模拟实验作为评估单粒子效应的有效手段,可以精准地模拟出处理器系统在实际太空辐射环境中运行中受到单粒子效应影响的情况,但是由于其固有的等待周期长,实验条件复杂等缺点,难以单独作为有效的评估手段,需要使用计算机仿真技术来辅助评估。计算机仿真技术可以从器件级,电路级,系统级等不同层次高效的对处理器系统运行过程中受到高能粒子轰击的情况进行仿真模拟,这对于研究单粒子效应对星载计算机系统实际运行过程中的影响具有着非常重要的意义。本文依托于预研项目“XXX单粒子辐射效应仿真技术研究”以及某所横向项目“集成电路与系统单粒子效应仿真平台研制”,以评估某款星载计算机系统抗单粒子效应能力为基础,研究单粒子效应系统级故障注入仿真流程并依托开发流程研制仿真平台,使得评估单粒子效应的流程实现自动化。本文的研究成果如下所示:（1）搭建了星载计算机系统的SPICE管级网表模型,其中包括核心处理器,数据SRAM,指令SRAM,以及程序初始化SRAM,构成一个小型星载计算机系统。并且通过搭载初始化指令,矩阵乘法程序验证了搭建模型的功能准确性。仿真结果表明,在系统时钟为100MHZ的情况下,初始化指令以及矩阵乘法指令的运行结果无误,验证了搭建的SPICE管级网表模型的准确性。（2）实现了一种基于断点分析的多点故障注入技术,该技术在传统的单点故障注入方法基础上进行改进而来,通过在单粒子效应系统级仿真过程中加入断点的方式,在上一级仿真结果的基础上加入下一级故障注入点,这样可以有效地多次注入故障注入点,同时保证了相邻故障注入点之间的结果非相干性。另一方面,通过在星载计算机系统中加载矩阵乘法程序并进行SPICE仿真,得到在运行该程序的基础上可以实现的最小故障注入间隔时间。同时以该加载程序为例进行仿真分析,结果表明运用基于断点分析的多点故障注入技术相比于传统的单点故障注入方法,可以在整体时间代价增长5%的基础上将整体故障注入效率提升至原来的16倍,有效地加速单粒子效应系统级仿真的仿真速率。（3）搭建了基于QT-5的单粒子效应仿真平台,利用信号与槽机制将仿真平台分为4个模块:网表加载模块,故障注入点模块,仿真参数设置模块以及结果显示与分析模块。同时界面开发流程以这四个模块为基础进行开发,网表加载界面分为门级网表与管级网表加载转换部分,故障注入点模块可以设置定点注入与随机注入两种注入方式,仿真参数设置模块包含激励输入,仿真时间设置,步长设置等,结果显示模块分为Waveview波形显示部分以及柱状图统计部分,在分析模块中则包含有敏感性计算分析。（4）在单粒子效应仿真平台中以搭建的星载计算机系统SPICE模型为案例,分析该模型各个模块的单粒子效应软错误敏感性,并通过对比发现数据SRAM模块的敏感性明显高于其他模块,需要进行对应的加固措施。
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