8051 IP软核容错技术研究

论文摘要

随着我国航天事业的发展,高密度集成电子器件在航天器的研制中被大量使用。然而随着器件集成度的提高和工作电压的降低,空间辐射环境对电子系统的影响越来越多。空间辐射环境对电子系统的损害最主要的是单粒子效应(SEE)。它们会使器件失效或者工作状态发生改变,影响电子设备的可靠运行,因此有必要研究依靠自身的技术解决这些问题的方法。IP技术是近年来发展极为迅速的一种技术,并且已广泛的应用工业生产、航空航天等等行业。IP技术具有的灵活、易实现的特点决定了它作为提高电子设计可靠性的一个重要方法。IP软核作为IP技术实现的一个重要途径,具有可裁剪、灵活定制以及可方便构成片上Soc系统的特点,在航天工业中己得到广泛应用,因此,有必要对IP软核的容错技术做专门研究。本文的主要工作是在开源MC8051IP软核的基础上研究并实现针对SEE的高可靠性8051IP软核。本文采用TMR、EDAC等技术对原MC8051IP核进行了加固定制。并且对加固后的IP核进行了软件仿真及硬件电路测试,实现了一个可用于实际设计的高可靠性8051IP软核。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 空间环境概述
• 1.3 IP技术介绍
• 1.4 本论文主要的研究工作
• 第2章 IP软核容错技术介绍
• 2.1 单粒子效应介绍
• 2.1.1 单粒子效应介绍
• 2.1.2 空间环境下工作的微处理器分析
• 2.2 提高系统可靠性的途径
• 2.2.1 系统容错技术
• 2.2.2 系统避错技术
• 2.3 容错技术实现
• 2.3.1 三模冗余技术
• 2.3.2 EDAC及扩展Hamming码纠错码
• 2.3.3 容错技术小结
• 第3章 MC8051IP核研究
• 3.1 MC8051IP核总体设计
• 3.1.1 标准MCU8051分析
• 3.1.2 MC8051IP核设计特点分析
• 3.1.3 总体设计
• 3.1.4 结构层次设计
• 3.1.5 设计工具
• 3.2 指令系统分析
• 3.2.1 指令格式
• 3.2.2 寻址方式
• 3.2.3 指令操作码编码分析
• 3.2.4 指令执行的基本流程
• 3.3 模块划分及功能分析
• 3.3.1 存储模块分析
• 3.3.2 定时器/计数器模块分析
• 3.3.3 串口通信模块分析
• 第4章 8051IP软核及容错系统实现
• 4.1 算术逻辑单元实现
• 4.2 定时器/计数器单元实现
• 4.3 串行接口模块实现
• 4.4 控制通路实现
• 4.4.1 存储器控制模块实现
• 4.4.2 系统工作状态机实现
• 4.5 存储模块实现
• 4.5.1 程序存储器ROM
• 4.5.2 内部存储器RAM
• 4.5.3 外部存储器RAMX
• 4.6 软件仿真测试
• 4.6.1 系统实现
• 4.6.2 功能仿真与静态时序分析
• 4.6.3 仿真结果
• 第5章 硬件测试系统设计
• 5.1 全指令测试软件设计
• 5.1.1 定时器/计数器模块及串口模块功能测试序列
• 5.1.2 算术以及逻辑指令测试序列
• 5.1.3 外部中断测试指令序列
• 5.1.4 数据采集及处理系统
• 5.2 试验硬件电路设计
• 5.2.1 硬件实验电路功能及设计要点
• 5.2.2 硬件电路具体模块设计
• 5.2.3 PCB板设计
• 5.3 硬件试验及结果
• 5.4 试验设计中的不足分析及解决方法
• 第6章 结论及展望
• 6.1 试验结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 发表文章
• 致谢