本書首先介紹了星載嵌入式計算機的發(fā)展歷程和基本概念, 然后重點介紹了星載嵌入式計算機的體系架構技術、處理器最小系統(tǒng)、總線技術、電路與元器件技術、電源與接地設計技術、高可靠FPGA設計、軟件技術、抗輻加固技術及其應用, 并在最后給出星載嵌入式計算機的發(fā)展趨勢與展望。
1.“航天電子技術與應用前沿”叢書基于“十二五”“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目等，全面、系統(tǒng)反映了航天電子領域的前沿研究和關鍵核心技術，相關技術國際國內領先。
2.叢書內容涵蓋星載嵌入式計算機、低空小型無人飛行器探測反制、地面信息化裝備、低空探測與監(jiān)視等方面，重點介紹涉及應用衛(wèi)星、載人航天、小型無人飛行器防御系統(tǒng)等方向航天電子技術及其應用前沿。
3.叢書從一定程度上代表了國家水平，是航天電子技術發(fā)展先進水平的成果轉化落地，其研究反映了空天科技前沿領域研究成果，其出版具有重大價值和重要社會影響力。
4.叢書反映了我國航天電子技術與應用領域最新發(fā)展，相關科研成果原創(chuàng)，叢書出版契合國家“科技強國”“航天強國”戰(zhàn)略，符合近年來我國對于工業(yè)技術學科領域精品出版、文化強國、文化自信的指導方針要求。
5.叢書四分冊《地面裝備信息化技術及發(fā)展》《星載嵌入式計算機技術與應用》《低空小型無人飛行器探測反制技術及應用》《低空探測與監(jiān)視管理技術》同期面世。
星載嵌入式計算機是指裝備于衛(wèi)星平臺上的嵌入式計算設備，是各類航天器的核心設備之一，直接影響著航天飛行器的性能。同時，由于其不可維修且長時間處于太空極端溫度及輻射環(huán)境中，星載嵌入式計算機對于可靠性要求極高。星載嵌入式計算機的主要任務包括衛(wèi)星和航天飛行器的綜合管理和姿態(tài)控制，接收遙控命令和數(shù)據(jù)注入，對各類數(shù)據(jù)進行及時處理和傳送，監(jiān)視衛(wèi)星和航天飛行器的運行狀態(tài)并進行故障診斷，等等。隨著空間技術的發(fā)展，一方面，航天飛行器的功能日趨多樣化，除了傳統(tǒng)的通信、導航和遙感等應用外，還包括載人航天、深空探測等；另一方面，航天器也開始由大衛(wèi)星向組成星座或星網(wǎng)的小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星及微納衛(wèi)星發(fā)展。為了適應這些發(fā)展，星載嵌入式計算機技術也經(jīng)歷了重大變化。但與此同時，目前我國在這一領域仍然缺少完整、翔實且結合實際工程的相關著作。
本書寫作團隊來自上海航天電子通訊設備研究所（簡稱“804所”）。804所是從事宇航型號用犀載計算機、測控通信等分系統(tǒng)及各類電子產(chǎn)品研發(fā)、制造和系統(tǒng)集成的專業(yè)技術研究所，主要承擔我國氣象系列、雷達系列、光學和科學實驗系列、深空探測系列等衛(wèi)星星載計算機所涉及的研發(fā)工作。本書寫作團隊在航天領域深耕多年，親身經(jīng)歷了大量型號任務的星載計算機方案論證、設備研制、測試驗證和在軌運維工作，具有扎實的理論功底和豐富的實踐經(jīng)驗。在本書編寫過程中，團隊立足基本理論知識，充分融合長期型號工作實踐中使用的方法和案例，力圖做到深入淺出、完整呈現(xiàn)星載計算機的所有環(huán)節(jié)。本書既可作為我國航天事業(yè)蓬勃興旺的記錄，也使得這些重要的知識能夠更好地傳承與發(fā)展。
航天是一項大系統(tǒng)工程，任何一個成功的型號研制背后都是無數(shù)人的努力和奉獻。本書作者曾與各單位的許多專家共事過，書中的不少知識都是來自他們，受限于篇幅無法將這些專家全部列出，在此一并致以最誠摯的謝意。
本書不僅是作者對于實際工作的總結，也包含了對前沿技術的研究心得，旨在全面反映我國在星載嵌入式計算機領域的先進水平。本書可以作為從事航天計算機和電子系統(tǒng)設計研究人員的參考用書，也可作為相關領域的入門教材。
星載嵌入式計算機涉及領域眾多，因作者水平有限，書中可能存在不少疏漏和謬誤之處，敬請各位讀者批評指正。
作 者
叢書主編、統(tǒng)稿定稿總負責人吉峰，上海航天電子通訊設備研究所所長、研究員。中國航天科技集團有限公司導航、制導與控制技術專業(yè)學術帶頭人，中國海軍引俄導彈保障專家組成員。長期從事地面戰(zhàn)術武器雷達導引頭精確制導和空間微波雷達有效載荷的研發(fā)和應用工作。上海市領軍人才。
本書主編、統(tǒng)稿定稿負責人朱新忠，上海航天電子通訊設備研究所副所長、研究員。上海航天八院綜合電子領域副總研究師，航天計算機與微電子專業(yè)組、元器件專業(yè)組專家，元器件專家組組長。長期從事衛(wèi)星綜合電子、有效載荷數(shù)據(jù)處理與存儲的研發(fā)和應用工作。先后主持“863”“973”等各級科研項目10余項，獲中國航天科技集團有限公司“航天貢獻獎”“創(chuàng)新爭先優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”，并帶領團隊獲得“中國青年五四獎章”。
第1章 緒論 001
1．1 星載計算機概述 001
1．1．1 計算機發(fā)展史 001
1．1．2 星載計算機發(fā)展歷程 007
1．1．3 體系結構的發(fā)展歷程 010
1．2 星載計算機概念 011
1．2．1 功能定義 011
1．2．2 主要特點 011
1．2．3 分類與功能 014
1．2．4 基本組成 014
1．2．5 性能指標 016
1．3 本書內容安排 018
第2章 體系架構技術 019
2．1 系統(tǒng)架構概述 019
2．1．1 基本概念 019
2．1．2 系統(tǒng)架構分類 020
2．2 系統(tǒng)架構特征 021
2．2．1 模塊化 021
2．2．2 開放式 025
2．2．3 冗余 030
2．3 典型架構應用 035
2．3．1 應用衛(wèi)星 035
2．3．2 深空探測 036
2．3．3 微納衛(wèi)星 037
第3章 處理器最小系統(tǒng) 039
3．1 星載計算機處理器概述 039
3．1．1 國內外處理器發(fā)展情況 039
3．1．2 計算機指令集及其系列產(chǎn)品概述 040
3．2 1750Ａ系列處理器技術 043
3．2．1 1750Ａ體系架構發(fā)展歷程 043
3．2．2 1750Ａ體系架構簡介 044
3．2．3 典型的1750Ａ系列處理器 044
3．2．4 技術特征 047
3．3 ＳＰＡＲＣ系列處理器技術 049
3．3．1 ＳＰＡＲＣ體系發(fā)展歷程 049
3．3．2 ＳＰＡＲＣ體系架構特點 050
3．3．3 典型的ＳＰＡＲＣ系列處理器 051
3．3．4 技術特征 053
3．4 ＰｏｗｅｒＰＣ系列處理器技術 056
3．4．1 ＰｏｗｅｒＰＣ體系發(fā)展歷程 056
3．4．2 ＰｏｗｅｒＰＣ體系架構特點 057
3．4．3 典型的ＰｏｗｅｒＰＣ處理器 057
3．4．4 技術特征 058
3．5 ＡＲＭ系列處理器技術 060
3．5．1 ＡＲＭ體系發(fā)展歷程 060
3．5．2 ＡＲＭ體系架構特點 060
3．5．3 典型的ＡＲＭ處理器 062
3．5．4 技術特征 066
3．6 ＭＩＰＳ系列處理器技術 068
3．6．1 ＭＩＰＳ體系架構發(fā)展歷程 068
3．6．2 ＭＩＰＳ體系架構簡介 069
3．6．3 典型的 ＭＩＰＳ系列處理器 069
3．6．4 技術特征 070
3．7 Ｘ86系列處理器技術 072
3．7．1 Ｘ86體系架構發(fā)展歷程 072
3．7．2 Ｘ86體系架構簡介 072
3．7．3 典型的Ｘ86系列處理器 073
3．7．4 技術特征 073
3．8 ＲＩＳＣ Ｖ系列處理器技術 075
3．8．1 ＲＩＳＣ Ｖ體系架構發(fā)展歷程 075
3．8．2 ＲＩＳＣ Ｖ體系架構簡介 076
3．8．3 典型的ＲＩＳＣ Ｖ系列處理器 077
3．8．4 技術特征 078
3．9 處理系統(tǒng)存儲技術 080
3．9．1 非易失性程序存儲器設計與應用 080
3．9．2 Ｆｌａｓｈ型數(shù)據(jù)存儲器設計與應用 081
3．9．3 ＳＲＡＭ型數(shù)據(jù)存儲器設計與應用 082
3．9．4 ＳＤＲＡＭ型數(shù)據(jù)存儲器設計與應用 082
第4章 總線技術 084
4．1 總線概述 084
4．2 總線分類 085
4．2．1 按功能劃分 085
4．2．2 按傳輸方式劃分 086
4．3 星載計算機總線設計 086
4．3．1 1553Ｂ總線 087
4．3．2 ＣＡＮ總線 092
4．3．3 ＳｐａｃｅＷｉｒｅ總線 097
4．3．4 ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ總線 102
4．3．5 ＲａｐｉｄＩＯ總線 105
4．3．6 其他總線 109
第5章 接口電路技術 119
5．1 接口電路需求 119
5．1．1 接口電路功能需求 119
5．1．2 接口電路隔離需求 120
5．2 接口電路功能分類 120
5．2．1 供電接口 120
5．2．2 模擬量采集與發(fā)送接口 121
5．2．3 數(shù)字量采集與發(fā)送接口 121
5．2．4 驅動接口 122
5．2．5 其他高可靠接口 122
5．3 接口電路設計 123
5．3．1 供電接口 123
5．3．2 模擬量采集與發(fā)送接口 125
5．3．3 數(shù)字量采集與發(fā)送接口 130
5．3．4 驅動接口 142
5．3．5 其他高可靠接口 144
5．4 典型應用 147
第6章 電源與地設計 150
6．1 電源系統(tǒng)概述 150
6．1．1 能量的來源 150
6．1．2 系統(tǒng)的定義 151
6．1．3 系統(tǒng)的供電 151
6．2 系統(tǒng)拓撲 153
6．2．1 電源信號定義 153
6．2．2 電源轉換方式 154
6．2．3 電源轉換拓撲 157
6．3 電源接地技術 158
6．3．1 接地的定義 158
6．3．2 接地的作用 158
6．3．3 接地的方式 159
6．3．4 接地的要求 160
6．4 電源可靠性與安全性 163
6．4．1 可靠性設計 163
6．4．2 安全性設計 166
6．5 電磁兼容性設計技術 166
6．5．1 電磁兼容性設計 167
6．5．2 電磁兼容性試驗 170
6．6 電源穩(wěn)定性 173
6．6．1 浪涌抑制 173
6．6．2 紋波抑制 175
6．7 電源損耗與噪聲 176
6．8 電源器件特性 177
6．8．1 開關電源 177
6．8．2 線性穩(wěn)壓器 179
第7章 星載計算機犉犘犌犃設計 182
7．1 星載計算機ＦＰＧＡ概述 182
7．1．1 星載計算機ＦＰＧＡ系列及體系架構 182
7．1．2 星載計算機ＦＰＧＡ器件使用流程 186
7．1．3 ＦＰＧＡ開發(fā)軟件 187
7．1．4 ＦＰＧＡ開發(fā)硬件 188
7．2 星載計算機ＦＰＧＡ需求分析與選型參考 189
7．2．1 需求分析 189
7．2．2 設計預估 190
7．2．3 選型參考 191
7．3 星載計算機ＦＰＧＡ設計與實現(xiàn) 194
7．3．1 ＦＰＧＡ典型開發(fā)流程 194
7．3．2 ＦＰＧＡ硬件設計 196
7．3．3 ＦＰＧＡ邏輯設計 200
7．3．4 ＦＰＧＡ可靠性設計 204
7．3．5 幾種常見類型的ＦＰＧＡ設計要點 206
7．3．6 ＦＰＧＡ在軌上注重構 207
7．4 星載計算機ＦＰＧＡ設計的新趨勢 208
7．4．1 ＳＯＰＣ開發(fā) 208
7．4．2 ＨＬＳ開發(fā) 209
第8章 軟件技術 211
8．1 星載計算機軟件簡介 211
8．1．1 星載計算機軟件分類 211
8．1．2 星載計算機軟件的發(fā)展 212
8．2 星載計算機單機軟件設計 214
8．2．1 軟件頂層設計 214
8．2．2 軟件功能設計 217
8．2．3 軟件外部接口設計 222
8．2．4 軟件可靠性與安全性設計 224
8．3 星載嵌入式操作系統(tǒng) 228
8．3．1 操作系統(tǒng)簡史 228
8．3．2 操作系統(tǒng)軟件架構 230
8．3．3 操作系統(tǒng)可靠性設計 241
8．3．4 操作系統(tǒng)功能應用 249
第9章 元器件應用與抗輻射加固技術 255
9．1 元器件選用 255
9．1．1 元器件選擇要求 255
9．1．2 元器件應用要求 260
9．2 抗輻射加固技術 260
9．2．1 空間輻射環(huán)境 261
9．2．2 常見輻射效應 264
9．2．3 芯片級輻射效應及加固技術 270
9．2．4 系統(tǒng)級抗輻射加固設計 274
9．2．5 電子系統(tǒng)抗輻射加固設計量化評估技術 279
第10章 發(fā)展趨勢與展望 281
10．1 體系架構發(fā)展 281
10．1．1 “云 邊 端協(xié)同”架構 281
10．1．2 軟件定義系統(tǒng)架構 283
10．1．3 感存算一體化架構 286
10．1．4 新型信息系統(tǒng)架構 286
10．2 元器件發(fā)展 287
10．2．1 多芯并行 288
10．2．2 片上系統(tǒng)與系統(tǒng)級封裝 290
10．2．3 軟件定義無線電 291
10．2．4 人工智能芯片 292
10．3 軟件發(fā)展 295
10．3．1 智能信息處理 295
10．3．2 智能數(shù)據(jù)管理 296
10．3．3 衛(wèi)星網(wǎng)絡安全 297
10．3．4 網(wǎng)絡化操作系統(tǒng) 298
10．3．5 綜合化軟件系統(tǒng) 299
10．3．6 混合異構算力 300
10．4 應用展望 302
10．4．1 衛(wèi)星組網(wǎng)通信 302
10．4．2 在軌圖像處理 303
10．4．3 自主健康管理 305
10．4．4 量子計算機 306
10．4．5 數(shù)字計算機 ＭＢＳＥ 308
10．4．6 智能人機交互 309
10．4．7 空間防御 310
參考文獻 313
書單推薦
