Семинар на тему «обеспечение предприятий промышленности надежной ЭКБ. Вопросы импортозамещения»

ЗАО «Тестприбор»

Особенности проектирования РЭА КА в условиях действия космической радиации

С.А. Соболев

т-хд Иван Калита 23 июля 2014 г.

ОАО «Корпорация космических систем специального назначения «Комета»

(ОАО «Корпорация «Комета»)

Компоновка Модуля целевой аппаратуры (МЦА)Компоновка Модуля целевой аппаратуры (МЦА)

Особые требования для негерметизированной аппаратурыОсобые требования для негерметизированной аппаратуры

1. Специфический характер теплообмена, при котором практически отсутствует конвекция и теплопроводность. Основной механизм теплообмена - излучение. Спец. требования по СОТР.

2. Необходимость дополнительной герметизации бескорпусной элементной базы.

3. Необходимость дегазации комплектующих материалов и покрытий, с целью удаления из них высокомолекулярных органических соединений, как источника загрязнения поверхностей оптических систем КА, находящихся к тому же при отрицательных температурах (-20 ° С).

4. Снижение «плотности упаковки» РЭА и увеличение сроков активного существования КА приводит к повышению требований по радиационной стойкости ЭКБ.

Воздействие радиации на ЭРИ и РЭАВоздействие радиации на ЭРИ и РЭА

Дозовые эффекты – " плавная" деградация характеристик

полупроводниковых приборов, вызванная объемными процессами

ионизации или структурных повреждений

Одиночные радиационные эффекты (ОРЭ) – сбои и отказы полупроводниковых приборов,

вызванные локальной ионизацией полупроводника

Протоны и электроны ЕРПЗ, протоны СКЛ и ГКЛ

Высокоэнергетичные протоны и тяжелые заряженные частицы

СКЛ и ГКЛ

Проблемы качества и номенклатуры ЭКБ ОП для Проблемы качества и номенклатуры ЭКБ ОП для бортовой аппаратурыбортовой аппаратуры

1. Номенклатура ЭКБ, применяемая в БА КА по своему функциональному назначению охватывает все 12 классов ИЭТ по классификации базы данных Ассоциации «Фонд УНИЭТ».

2. Из-за низкой применяемости ИЭТ (десятки штук в год) значительная часть не входит в Перечни различных целевых программ, как подлежащая замене на отечественные аналоги.

3. Большое количество ЭРИ ОП от партии к партии могут не соответствовать ТУ в части дозовой стойкости.

4. Практически вся номенклатура ЭКБ ОП не аттестована к воздействию ОЯЧ.

5. Отсутствие серийно выпускаемых высокотехнологичных отечественных ИЭТ, или несоответствие их параметров современному техническому уровню, или снятие с производства приводит к необходимости широкого применения иностранной ЭКБ (до 500 типов).

Проблемы применения ЭКБ ИППроблемы применения ЭКБ ИП

При выборе ЭКБ ИП следует иметь в виду, что:

1. гарантированные данные об уровнях стойкости к воздействию ИИ КП предоставляют только изготовители ИЭТ высокого уровня качества (категории "Space");

2.применение ЭРИ ИП категории "Space" связано с организационно- финансовыми (разрешительная процедура, длительные сроки поставки, крайне высокая стоимость) и техническими сложностями (невысокие функциональные характеристики);

3. применение ЭКБ категории качества “Industrial" всегда предполагает риск несоответствия ожиданиям и влечет необходимость проведения сертификационных испытаний и специальных проверок;

4. потеря информационной и технологической независимости;5. быстрая и неконтролируемая сменяемость номенклатуры ИЭТ при необходимости поддержания космических систем в эксплуатации в течение 10-20 лет.

Класс ЭКБ

Кол-во типов ЭРИ ИП

1 16

2 20

3 19

4 22

5 60

7 26

8 68

9 40СВЧ электроника

Интерфейсные ИС

ВИП, стабилизаторы, мониторы питания

ЦАП, АЦП, преобразователи

ОУ, компараторы, коммутаторы, ключи, активные фильтры

Наименование

Микропроцессоры и микроконтроллеры

Микросхемы запоминающих устройств

Программируемые логические интегральные схемы (БМК)

Номенклатура высокотехнологичной ЭКБ Номенклатура высокотехнологичной ЭКБ иностранного производстваиностранного производства

Проблемы комплектования бортовой аппаратуры Проблемы комплектования бортовой аппаратуры высоконадежной ЭКБ ОП и ИП высоконадежной ЭКБ ОП и ИП

Модель ВВФ

Перечни ЭКБ

Договор с ИТЦ

Согласо-вание

перечня для

испытаний

Разработка программ испытаний

РФА

ДНК

ОИ

ВК

Термо-механич.

испытания

Радиац. испытания

СИ

Рекламац. работа

Протоколы, заключения

ВК- входной контрольОИ- отбраковочные испытанияДНК- диагностический неразрушающий контрольРФА- разрушающий физический анализСИ- специальные исследования

Программы и методики радиационных испытаний ЭРИПрограммы и методики радиационных испытаний ЭРИ

1. В рамках сертификационных испытаний ЭРИ ИП проводятся испытания на стойкость к воздействию ФКП по поглощенной дозе и одиночным радиационным эффектам (ОРЭ).

2. Особенностями разработанных программ являются:• норма испытаний элементов определяется с учетом локальных

дозовых нагрузок;• испытания носят определительный (а не зачетный) характер.

Это дает возможность эффективной оценки требуемой дополнительной конструктивной защиты элементов или реализации схемотехнических методов;

• испытания ЭРИ по ОРЭ на наличие катастрофических отказов.

3. Оценка стойкости ЭРИ осуществляется по РВ 20 57.415 одним из способов, изложенных ниже:

• по результатам испытаний ЭРИ в активном режиме. Используется преимущественно для оценки стойкости ЭРИ, потенциально наиболее чувствительных к воздействию спецфакторов;

• по результатам расчетно-экспериментальных оценок с использованием результатов ранее проведенных радиационных испытаний ЭРИ данного типа, радиационных испытаний аналогов и анализа научно- технической информации;

• по результатам анализа конструктивно-технологических параметров и характеристик. Используется для оценки стойкости ЭРИ, имеющих достаточный конструктивно-технологический запас по стойкости;

4. Рекомендованные РД 134- 1039 «экспертные оценки» для ОРЭ в последнее время не используются. Часто они некорректны.

Программы и методики радиационных испытаний ЭРИПрограммы и методики радиационных испытаний ЭРИ

О применимости оценок стойкости по типовым О применимости оценок стойкости по типовым представителямпредставителям

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6

Линейный стабилизатор ADP 3335 ARM

Сто

йкос

ть, к

рад

U ст, В

Из официального заключения одного из ИТЦИз официального заключения одного из ИТЦ

Методика испытаний к воздействию дозыВ обязательном порядке проведение определительных испытаний ЭРИ с контролем всех параметров по Datasheets. Ограниченный контроль параметров допускается проводить только по согласованию с разработчиком аппаратуры.Проведение при необходимости сравнительных испытаний на низкой интенсивности излучения для критичных ЭРИ.

 Методика испытаний к воздействию ТЗЧДля ЭРИ с порогом ЛПЭ<15 МэВ см2/мг в обязательном порядке:•снятие зависимости σ(Lпор) ;•проверка сохранения работоспособности ЭРИ во время и после пребывания в состоянии ТЭ в режиме без ограничения тока в течение Tвыд.мин=18 секунд (при технической возможности – до 10 минут) на катастрофический отказ после каждого ТЭ по специальной методике.

Идентификации объекта испытаний ЭКБ ИП и ОППроверка сопроводительной документации, результаты визуального анализа идентичности образцов в выборке, сравнение внешнего вида образцов с данными из спецификации производителя, фотографии образца, в т.ч. рентгеновские и после вскрытия корпуса.Итоговый анализ идентичности объектов испытаний в выборке. 

Специальные требования для по методикам испытаний Специальные требования для по методикам испытаний ЭКБ ИП для космического примененияЭКБ ИП для космического применения

Разрабатываемые ЭРИ категории качества «ОСД» для космического применения в условиях длительного воздействия протонов и электронов ЕРПЗ, а также ОЯЧ солнечных и галактических космических лучей должны соответствовать следующим требованиям по группам стойкости:

РТ (радиационно-толерантные)•поглощенная доза излучения не менее 50 крад;•порог ЛПЭ по эффекту защелки не менее 40 МэВ х см2/мг;•интенсивность сбоев (для ГСО) не более 10-6 сбоев/(бит х день).

РС (радиационно-стойкие)•поглощенная доза излучения не менее 300 крад;•порог ЛПЭ по эффекту защелки не менее 80 МэВ х см2/мг;•интенсивность сбоев (для ГСО) не более 10-10 (спец. 10-12) сбоев/(бит х день).

Ресурс- не менее 150 тыс. часов

Требования для вновь разрабатываемых в рамках ФЦП ЭРИ Требования для вновь разрабатываемых в рамках ФЦП ЭРИ ОП для космического примененияОП для космического применения

Распределение ЭРИ ИП по дозовым отказамРаспределение ЭРИ ИП по дозовым отказам

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 3 6 9 12 20

Кол-в

о Э

РИ

, типов

Доза, крад

Всего 298 типов

Комплекс мероприятий по обеспечению стойкости аппаратуры Комплекс мероприятий по обеспечению стойкости аппаратуры по дозовым эффектампо дозовым эффектам

1. Применение рациональной компоновки аппаратуры.2. Применение дополнительной локальной защиты.3. Облегчение электрических режимов (расширение допуска на

изменение критичного параметра).4. Проведение испытаний аппаратуры с учетом интенсивности

излучения, режима функционирования.5. Использование отказоустойчивой схемотехники РЭА

(малоэффективно для дозовых эффектов).

Схема размещения оборудования КАСхема размещения оборудования КА

АФАР БРТК Наружная блендаАФС БРТК

Приборная панель с аппаратурой БКУПИ

ОНА БКУПИТяговые модули

Внутренняя бленда

Приборная панельс аппаратуройБРТКМНА БКУПИАнтенны АСН

Приборная панель с аппаратурой БАО

УКП

Расчет локальных дозовых нагрузок стойкости РЭА с учетом Расчет локальных дозовых нагрузок стойкости РЭА с учетом компоновки на КАкомпоновки на КА

На основе информации о конструкции КА и бортовой аппаратуры, а также данных о спектрально-энергетических распределениях ИИ КП рассчитываются распределения дозовых полей внутри бортовой аппаратуры.Для расчетов используется комплект программ Proton 3D и Electron 3D, разработанных ФГУП «НИИП» по ТЗ ФГУП «ЦНИИ «Комета».

0 X1

Z1

Y1

dS

X,Y,Z

Xd,Yd,Zd

X1,Y1,Z1

L

Цель расчетов- определение частных требований по дозовым воздействиям для каждого блока аппаратуры

Оценки локальных дозовых нагрузок Оценки локальных дозовых нагрузок СЧ МЦА (более 80 типов блоков)СЧ МЦА (более 80 типов блоков)

0

100

200

300

400

500

600

2-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22

Доза

Количество т

очек

Наиболее нагруженные изделия :БУП-Е 13 крад АСН-Е 16 крад МБК07 80

крадЦБК 20 крад 15Э1826 16 крадБСО 20 крад УСУ 16 крад

Расчет локальных доз блока МБК07Расчет локальных доз блока МБК07

Стенки- 1,5 мм, дно- 5+1,5 мм

Кожух 2 мм – 2,5 кг- 20 крад

Кожух 6 мм – 7,5 кг- 10 крад

~80 крад

~40 крад

Расчет локальных дозовых нагрузок стойкости РЭА с учетом Расчет локальных дозовых нагрузок стойкости РЭА с учетом компоновки на КАкомпоновки на КА

Снижение требований в10-200 раз

За ТСП200 крад

В блоке8-50 крад

В компоновке КА1-20 крад

Распределение ЭРИ ИП по чувствительности к Распределение ЭРИ ИП по чувствительности к ОРЭ ОРЭ

Всего 193 типа

0

20

40

60

80

100

120

140

0 15 45 Порог ЛПЭ, МэВ х см2/мг

Кол-в

о Э

РИ

, типов

Методика оценки радиационной стойкости РЭА Методика оценки радиационной стойкости РЭА к ОРЭк ОРЭ

Оценка стойкости БА к ОЯЧ обычно проводится расчетно-экспериментальным методом РД 134-0139-2005, основанным на экспериментальных и других данных о параметрах чувствительности ЭКБ к ОРЭ. По этим данным рассчитываются частоты сбоев и вероятности отказов ЭКБ и РЭА.

В развитие существующего метода оценки сбое- и отказоустойчивости БА могут быть положены общие принципы АВПКО. Анализ отказов аппаратуры должен проводиться с целью выявления возможных причин их возникновения, оценки вероятности возникновения, времени возникновения, выбора методов обнаружения и регистрации, определения последствий отдельных видов отказов и разработки предупредительных, контрольных и защитных мероприятий по обеспечению сбое- и отказоустойчивости БА на стадиях ее проектирования и эксплуатации.

max

0

max

0

E

1

ELL

L E

PT

ТЗЧT

n

iИЭТi

T

P

iidEEdLLn

Методика оценки радиационной стойкости ЭКБ к ОРЭМетодика оценки радиационной стойкости ЭКБ к ОРЭ

и эксплуатации.

ХС95288  

Уточненная аппроксимация

1,09E-12

Упрощенная аппроксимация

5,96E-12

"Ступенька" 4,12E-09

C8051F206  

Уточненная аппроксимация

3,70E-09

Упрощенная аппроксимация

7,71E-08

"Ступенька" 8,10E-07

Функциональный метод оценки радиационной стойкости Функциональный метод оценки радиационной стойкости РЭА к ОРЭРЭА к ОРЭ

Оценка отказоустойчивости БА по ОРЭ должна включать следующие основные операции.

1. Анализируются функции и режимы работы аппаратуры. Формируется перечень критичных функций (КрФ), т.е. функций, невыполнение которых считается катастрофическим отказом аппаратуры или приводит к снижению функциональных характеристик БА.

2. Для каждой КрФ разрабатывается модель отказов. Например, строится структурная схема надежности (ССН) или дерево отказов. Модель должна охватывать отказы элементов всех уровней разукрупнения, вплоть до нижнего уровня – ЭРИ. Степень детализации модели выбирается, исходя из необходимости:

-отображения на модели всех видов резервных связей, в том числе функциональных или межсистемных функций резервирования;

-возможности определения показателей надежности каждого элемента.С использованием модели отказов выделяются подлежащие анализу структуры разбиения аппаратуры - критические устройства (КрУ).

Функциональный метод оценки радиационной стойкости Функциональный метод оценки радиационной стойкости РЭА к ОРЭРЭА к ОРЭ

3 Разрабатывается модель отказа и оценки критичности элементов, входящих в КрУ, на основе которой выделяют критичные элементы (КрЭ).

Методика оценки критичности элементов сводится к следующему. Элемент модели отказов (элемент системы) считается критичным,

если:- последствия отказа элемента приводят к полной потере прибора;- последствия отказа приводят к частичной потере и при этом не

выполняется контроль резерва в полете или существует причина, которая может привести к потере работоспособности всех резервных элементов;

- требование о нераспространении отказов не выполняется;- превышены требования по параметрам чувствительности элемента по

ОРЭ (если они заданы).

Функциональный метод оценки радиационной стойкости Функциональный метод оценки радиационной стойкости РЭА к ОРЭРЭА к ОРЭ

4. Для каждого КрУ определяется наличие и оценивается достаточность предусмотренных аппаратных и программных средств и методов

обнаружения, локализации и парирования сбоев и отказов:-определяются возможные меры обеспечения работоспособности КрУ при возникновении отказа КрЭ (оперативный контроль, резервирование, коррекция ошибок, реконфигурация, изменение циклограммы или алгоритма функционирования) и оценивается целесообразность их введения;-рассчитываются значения вероятности сбоев и отказов КрУ;-с учетом ССН проводятся оценки стойкости БА, которые сравниваются с установленными в ТЗ требованиями, в том числе по допустимой частоте сбоев и вероятности отказа.

КРФ, КРУ ССН

КРЭМодель отказа элемента

Методы парирования

Модель отказа элемента по ТЭМодель отказа элемента по ТЭ

При анализе эффекта и выработке мер защиты необходимо учитывать, что в режиме работы элемента без ограничения тока тиристорной структуры ТЭ может являться "мягким" одиночным отказом (ОО), не приводящем к катастрофическому отказу, но может привести и к "выгоранию" элемента – катастрофическому отказу (КО). В первом варианте, "мягкий" ТЭ (событие 0) приводит к невосстанавливаемому отказу элемента (состояние 1'), если отключение и включение питания элемента в составе аппаратуры не может быть выполнено (нет контроля ТЭ или нет управления питанием аппаратуры), или в противном случае- к в восстанавливаемому отказу (состояние 1). Во втором варианте (состояние 0') ТЭ практически сразу приводит к невосстанавливаемому катастрофическому отказу (состояние 1'), если схемотехнического ограничения тока нет, или к "мягкому" ТЭ в противном случае.

0 1

1'

0

0'

1

1'

Модель отказа аппаратуры по ТЭМодель отказа аппаратуры по ТЭ

В РЭА контроль ТЭ и управление питанием

Есть

ТЭ типа ОО

Нет

ВПР аппаратуры

Отказ аппаратуры

Ограничение тока ЭРИ

Есть

ТЭ типа КО

Нет

В РЭА контроль ТЭ и управление питанием

Нет Есть

Отказ аппаратуры

Резервирование РЭА и контроль резерва

ВПР аппаратуры

Нет

Отказ аппаратуры

Мероприятия по обеспечению стойкости аппаратуры к ОРЭМероприятия по обеспечению стойкости аппаратуры к ОРЭ

• регистрация возникновения ТЭ по возрастанию тока в цепи питания или срабатыванию защиты источника питания и отрицательным результатам оперативного контроля;• применение методов ограничения приращения тока в цепи питания ниже критической величины и применение защиты источника питания от перегрузок, возникающих при тиристорном эффекте (ТЭ);• кратковременное отключение питания в заданном интервале времени после возникновения ТЭ или оперативное переключение аппаратуры на резервный канал с отключением питания в отказавшем блоке;• ненагруженное резервирование (для защиты от ТЭ); нагруженное резервирование и применение корректирующих кодов (для защиты от сбоев);•оптимизация циклограммы работы;•системотехническое обеспечение сбое- отказоустойчивости;• для критичных конфигурационных ЗУ – возможность перепрограммирование на борту;• для мощных МОП- транзисторов – обеспечение электрических режимов в области безопасной работы;• локальная защита- малоэффективна.

Пример процедуры оценки критичности элемента.Пример процедуры оценки критичности элемента.Схемотехнические методы защиты Схемотехнические методы защиты

AD9763AST (ЦАП) - используется в устройстве А.Пороговое значение ЛПЭ - 15 МэВ*см2/мг, сечение насыщения – 1,7*10-2 см2.В состоянии ТЭ:- ток потребления интегральной микросхемы (ИМС) увеличивается до ~ 1,46 А;- в состоянии ТЭ зафиксирован функциональный отказ ИМС;- в режиме испытания с ограничением тока работоспособность ИМС восстанавливается после кратковременного (на 0,1-1 с) снятия напряжения питания;- в режиме испытания без ограничения тока нахождение в состоянии ТЭ в течение 2 секунд приводит к термическому разрушению.Контроль возникновения ТЭ в аппаратуре отсутствует.Вывод: т.к. контроль возникновения ТЭ отсутствует, тиристорный эффект

в ИМС AD9763AST рассматривается как катастрофический отказ блока аппаратуры.Рекомендации: замена ИМС.

Пример процедуры оценки критичности элемента. Пример процедуры оценки критичности элемента. Схемотехнические методы защитыСхемотехнические методы защиты

ADSP-2181BST-133 (процессор) - используется в устройстве В.Пороговое значение ЛПЭ - 15 МэВ*см2/мг, сечение насыщения – 1,5*10-2 см2.В состоянии ТЭ:- ток потребления ИМС увеличивается до ~ 0,95 А;- в режиме испытания с ограничением тока работоспособность ИМС восстанавливаются после кратковременного (на 0,1-1 с) снятия напряжения питания;- в режиме испытания без ограничения тока нахождение в состоянии ТЭ в течение 5 минут не приводит к термическому разрушению;В соответствии с циклограммой работы функционирование устройства В контролируется системными средствами 1 раз в 4 сек. При получении информации о неисправности устройства производится переключение действующего комплекта на резервный.Вывод: возникновение тиристорного эффекта в процессоре с учетом принятых мер по подавлению ТЭ не приводит к катастрофическому отказу аппаратуры.

Методы резервированияМетоды резервирования

В дальнейшем рассматриваются следующие основные виды резервирования, применяемые в БА КА:

• нагруженный резерв (с кратностью 1);• ненагруженный резерв (с кратностью 1);• мажоритарный резерв (2 из 3-х).

В качестве основных характеристик резервирования по защите БА от ОРЭ для сбоев используется частота сбоев, для восстанавливаемых отказов – среднее

время безотказной работы для ОО (в предположении нулевого времени восстановления), а для КО - вероятность безотказной работы.

Методы резервированияМетоды резервирования

А как не следует решать вопросы радиационной стойкости БА ???

Результаты исследования ТЭ в МК ADUC841BS62-5 Результаты исследования ТЭ в МК ADUC841BS62-5

Тип отказа ЛПЭ, МэВсм2/мг

Сечение,см2

Обратимый 124 3.5Е-02

Катастрофический 305 3.5Е-03

Характер катастрофических отказов для разных областей кристалла

Прекращение функционирования, снижение тока потребления до уровня 18-20 мАПрекращение функционирования, повышение тока потребления до уровня 150 мА

Прекращение функционирования без изменения тока потребления

Оптимизация циклограммы работыОптимизация циклограммы работы изделия БУП-Еизделия БУП-Е

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,00,1 1 10

Время работы на витке, час

ВБР за 7 лет

КО ADUC

КО 2ADUC

КО с резервированием

ОО с резервированием, Тср=160 сут

Традиционные системотехнические методы обеспечения сбое- Традиционные системотехнические методы обеспечения сбое- отказоустойчивости аппаратуры, реализующей отказоустойчивости аппаратуры, реализующей

вычислительный процессвычислительный процесс

Метод мажоритарного резервирования можно разделить на три подметода, различающихся степенью разделения аппаратуры для мажоритарного сравнения:1. На модуле устанавливается три процессора, работающие синхронно, и устройство сравнения. Достоинство метода – возможно построение системы из стандартных микропроцессоров. Недостаток метода – восстановление сбившегося процессора возможно только программным способом, что ведет к большой длительности восстановления.2. Каждый триггер на кристалле заменяется схемой из трех триггеров и несколькими элементами мажорирования. Достоинства метода:- возможно автоматическое перепроектирование разработанной БИС;- возможно восстановление сбившего триггера в течение одного такта без вмешательства программного обеспечения (требуется соответствующая доработка схемы). Недостатки метода: - не позволяет обнаружить сбои или отказы в комбинационной логике;- приводит к снижению быстродействия и существенному увеличению площади кристалла.

3. Мажорирование на уровне блоков c потактовым сравнением. Данный метод является промежуточным между методами полного резервирования и резервирования на уровне триггеров. Суть метода заключается в том, что весь микропроцессор разбивается на блоки. Для каждого блока процессора подбирается наиболее эффективный вариант защиты от сбоев и, соответственно, метод восстановления сбившего канала.

Достоинства метода:- меньшие аппаратные затраты, чем полное резервирование;- возможно восстановление сбившего канала без участия программного

обеспечения;- потери быстродействия и площади на мажорирование меньше чем для метода

резервирования на уровне триггеров.Недостаток метода – большая трудоемкость проектирования по сравнению с

полным резервированием или резервированием на уровне триггеров и отсутствие сбоеустойчивости блока при единичном отказе в нем.

4 Кроме методов резервирования для микропроцессорных систем используются также другие специфичные способы парирования сбоев и отказов.

Из наиболее интересных решений стоит упомянуть алгоритм восстановления при обнаружении сбоя с помощью метода покомандного сохранения архитектурного состояния, резервирование на уровне потоков выполнения (Redundant MultiThreading- RMT), использование сторожевого таймера.

Обеспечения сбое- отказоустойчивости аппаратуры на основе Обеспечения сбое- отказоустойчивости аппаратуры на основе унифицированных СФ- блоковунифицированных СФ- блоков

В целом, традиционные методы обеспечения сбое- и отказоустойчивости БА на уровне элементов и узлов аппаратуры практически исчерпали себя, так как их эффективность (возможность парирования сбоев и отказов) требует непропорционально высокого увеличения массогабаритных характеристик БА.

Перспективным направлением в развитии системотехнических методов является разработка сбое- отказоустойчивых специализированных систем управления и обработки данных в реальном масштабе времени на основе унифицированных структурно-функциональных (СФ) блоков для БА КА с длительным сроком функционирования (10-15-20 лет). Реализации этого подхода требует комплексного решения, включающего следующие направления

Обеспечения сбое- отказоустойчивости аппаратуры на основе Обеспечения сбое- отказоустойчивости аппаратуры на основе унифицированных СФ- блоковунифицированных СФ- блоков

Проектирование сбое- и отказоустойчивых систем на основе унифицированных СФ- блоков позволяет реализовать следующие

системные решения в БА:-использование встроенных многоуровневых средств обеспечения живучести: 100% диагностика логического функционирования и практически нулевое время обнаружения;- парирование сбоев и отказов "на проходе";- аппаратные и программные средства детектирования и коррекции ошибок, синхронизация модулей обработки, кэширования;- доступность информации о появлении сбоев и отказов средствам контроля (телеметрии);- использование встроенных средств мониторинга радиационных условий по ОС и их обработки, прогнозирование развития экстремальных событий, принятие решений по обеспечению живучести БА.

Кроме того, технологическими методами обеспечивается:- реализация схем ввода/вывода данных, обеспечивающих физическую реализацию режима “холодного резерва”;- ограничение токов, контроль резерва, холодную и горячую перезагрузку.

Структурная схема СФ- блока обеспечения надежностиСтруктурная схема СФ- блока обеспечения надежности

MUX

БОН

Узел управленияи обмена служебными

данными

Узел ОК и ТМКанал 1

Входные данные

Сигналы управления

Канал 2

Канал 3

Канал 4

Блок обработки информации

Тест

Канал 1

Выходные данные

Канал 2

Канал 4

Канал 3

Канал 1

Канал 2

Канал 3

Канал 4

БОН

Блок обеспечения надежности (БОН)- определение наличия ошибок во входных, внутриблочных и межблочных

данных и подсчет статистики ошибок; - межблочное мажорирование данных;- синхронизацию данных, обработки и управления; - формирование кода статистики и передачу его в систему оперативного

контроля;- передачу сигналов телеметрии в центральный бортовой компьютер;- формирование режима тестирования.

Архитектура 32 разрядного процессора 1900ВМ2Т Архитектура 32 разрядного процессора 1900ВМ2Т (семейство КОМДИВ) (семейство КОМДИВ)

ЦУД

БОН

КЭШ инструкций

КЭШ данных

Блок внешних интерфейсов

СПО 0

Ячейки ввода/вывода

БУ БОН

БОНСПО 0

СПО 0

ЦУД

ЦУД

ЦЯ

БОН

РФ ЦЯ

БОНРФ ЦЯ

РФ ЦЯ

ЦЯ

ЦЯ

СП1

БОН

РФ СП1

БОНРФ

СП1

РФ СП1

СП1

СП1

Блок синхронизации

каналов

Три вычислительных канала, каждый из которых разделен на мажорируемые секции, объединенные между собой БОН:

•целочисленное ядро (ЦЯ);•регистровый файл (РФ ЦЯ);•блок целочисленного умножения и деления (ЦУД);•сопроцессор управления (СП0);•арифметический сопроцессор (СП1);•регистровый файл арифметического сопроцессора (РФСП1).

При подготовке лекции использовалась следующая При подготовке лекции использовалась следующая литература:литература:

1. Е.О. Першина, С.А. Соболев, В.Н. Александров. Сравнение программ расчета поглощенных доз. // Вопросы атомной науки и техники. Сер: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2013. Вып. 3 (в печати).

2. С.А. Соболев. Функциональный метод оценки соответствия аппаратуры требованиям по отказам, вызванным ОЯЧ. // Вопросы атомной науки и техники. Сер: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2013. Вып. 3 (в печати).

3. С.А. Соболев Методы обеспечения сбое- и отказоустойчивости аппаратуры космического назначения. // Вопросы атомной науки и техники. Сер: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2012. Вып. 2. с.17-21

4. Ионизирующие излучения космического пространства и их воздействие на бортовую аппаратуру космических аппаратов / Под научн. ред. д.т.н., профессора Райкунова Г.Г. – М.: Физматлит, 2013. – 256 с.

5. РД 134-0139-2005 Методы оценки стойкости к воздействию заряженных частиц космического пространства по одиночным сбоям и отказам.

6. ОСТ 134-1034-2005 Методы испытаний и оценки стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов к воздействию электронного и протонного излучений космического пространства по дозовым эффектам.

7. ГОСТ 27.310 - 95 Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов.