胡洪凯，施 蕾，董暘暘，刘 波，叶有时

（北京控制工程研究所，北京 100190）

0 引言

目前FPGA 在星载电子产品和设备中的应用非常广泛，空间应用的FPGA 主要有反熔丝FPGA和基于SRAM 型FPGA 两种类型。从应用领域看，前者主要应用于控制系统及所属星载电子产品，后者主要应用于载荷和应用系统。究其原因，主要是SRAM 型FPGA 的抗单粒子翻转能力较差，在轨容易受到SEU 影响而发生逻辑错误和功能中断，引起FPGA 所在产品的功能失效。这需要通过系统复位、断电重启动或者切换备份等手段才能完成系统的恢复。从应用场合看，载荷和应用系统对于FPGA 的故障恢复过程通常能够容忍，而对于控制系统来说，FPGA 的故障恢复会直接影响到卫星的控制精度和姿态稳定度。

星载计算机作为控制系统的核心部件，主要利用反熔丝FPGA 完成数字和逻辑功能，非常慎重选 用SRAM 型FPGA。考虑到SRAM 型FPGA 易发生单粒子翻转，会引起计算机发生复位或者切机。因此，星载计算机使用的SRAM 型FPGA 必须采取相应的抗单粒子翻转设计措施，提高FPGA 空间应用的可靠性。

1 SRAM 型FPGA 内部结构

目前，SRAM 型FPGA 在星载电子产品中应用较多的是Xilinx 公司的FPGA。

图1所示为Xilinx Virtex-4（V4）系列FPGA器件的内部结构。从图中可以看出，FPGA 内部由3 部分组成，分别为：1）用于实现用户逻辑的可编程阵列（Configurable Logic Block，CLB）；2）用于存储用户数据的左右两列存储器（Block RAM，BRAM）；3）输入/输出模块（I/O Block，IOB）。CLB 中包含有查找表LUT、进位逻辑和触发器等元件。其中用户逻辑的配置信息存储在CLB 的存储单元中，该信息如果发生错误，则直接影响到用户逻辑功能。……