專利名稱：：一種檢測(cè)80c31單粒子效應(yīng)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種檢測(cè)CPU單粒子效應(yīng)的裝置，屬抗輻射元器件效應(yīng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：?jiǎn)瘟Ｗ邮录强臻g單個(gè)高能粒子，包括重離子、高能質(zhì)子、高能電子或中子轟擊微電子器件，導(dǎo)致微電子器件邏輯功能翻轉(zhuǎn)或者器件損壞的事件，主要有單粒子翻轉(zhuǎn)事件和單粒子鎖定事件。單粒子翻轉(zhuǎn)是高能帶電粒子在半導(dǎo)體芯片中的電離作用而造成的數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)。單粒子鎖定是高能帶電粒子引起的電子元器件的死鎖。隨著我國(guó)航天、核武器、核潛艇等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單粒子事件對(duì)航天工程帶來的后果越來越大，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在航天工程中往往擔(dān)任非常重要的任務(wù)，CPU又是計(jì)算機(jī)的心臟，如其發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)或鎖定事件，必將導(dǎo)致程序的走飛，使計(jì)算機(jī)無法正常工作，可能帶來嚴(yán)重的后果，因此大M^莫計(jì)算機(jī)CPU芯片的輻射效應(yīng)的研究也日趨重要。從而需要研究電子器件的抗輻射能力，選用抗單粒子能力較強(qiáng)的電路芯片，提高航天器的可靠性。中國(guó)專利200410083647.1介紹了一種檢測(cè)微處理器抗單粒子事件能力的探測(cè)器及方法，該探測(cè)器是一種用于衛(wèi)星上的裝置，采用了總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，測(cè)試程序固化在被測(cè)CPU的存儲(chǔ)器中，只適合星載系統(tǒng)試驗(yàn)并且程序無法在線修改，通過對(duì)比初值與接收到的數(shù)據(jù)，判斷內(nèi)部RAM是否發(fā)生翻轉(zhuǎn)，沒有把測(cè)試程序細(xì)分為一般數(shù)據(jù)寄存器測(cè)試、特殊功能寄存器測(cè)試、內(nèi)部工作寄存器和邏輯單元功能測(cè)試，這對(duì)CPU單粒子效應(yīng)的研究是不全面的，并且錯(cuò)誤數(shù)據(jù)保存在凈皮測(cè)CPU內(nèi)部RAM中，一旦被測(cè)CPU內(nèi)部RAM發(fā)生翻轉(zhuǎn)，可能導(dǎo)致CPU計(jì)算錯(cuò)誤，從而使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不可靠；上述專利中電流檢測(cè)部分是采用限流器每秒采集一次電流值來判斷是否發(fā)生鎖定事件，該方案響應(yīng)速度慢，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀器件。目前，在地面模擬試驗(yàn)中檢測(cè)80C31單粒子效應(yīng)的方法主要是針對(duì)寄存器的翻轉(zhuǎn)情況，存在下面兩種方法1.通過硬件電路監(jiān)測(cè)CPU地址線，由于CPU自身的復(fù)雜性，此種方法很難實(shí)現(xiàn)檢測(cè)CPU單粒子事件的效應(yīng)，工程上一般不用。2.通過單CPU進(jìn)行自測(cè)試，當(dāng)CPU發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，自身程序也無法保證正常運(yùn)行，從而引起更多的錯(cuò)誤，容易出現(xiàn)無法正確判斷翻轉(zhuǎn)次數(shù)或發(fā)生漏測(cè)的情況；同時(shí)，單CPU結(jié)構(gòu)也限制了研究被測(cè)器件單粒子事件的全面性，無法正確、全面的評(píng)價(jià)被測(cè)器件發(fā)生的單粒子效應(yīng)，有很大的局限性，對(duì)于檢測(cè)CPU的單粒子效應(yīng)來講，僅僅考慮一般數(shù)據(jù)寄存器的翻轉(zhuǎn)是不夠的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種檢測(cè)80C31單粒子效應(yīng)的裝置，該裝置釆用基于雙口RAM的雙CPU結(jié)構(gòu)，結(jié)合可編程的SRAM,實(shí)現(xiàn)在線測(cè)試程序的下載及修改，且測(cè)試內(nèi)容全面、裝置可靠性高。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種檢測(cè)80C31單粒子效應(yīng)的裝置，包括電源模塊、上位機(jī)、主測(cè)CPU、被測(cè)80C31、雙口RAM、SRAM和電流采集卡；電源模塊分別給主測(cè)CPU和被測(cè)80C31供電，電流采集卡采集供給被測(cè)80C31的電流，并將采集的電流值發(fā)送給上位機(jī)，當(dāng)所述的電流值超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，發(fā)生閂鎖，上位機(jī)發(fā)送指令給電源模塊，由電源模塊將被測(cè)80C31斷電，上位機(jī)通過串口與主測(cè)CPU進(jìn)行通信，主測(cè)CPU通過串口從上位機(jī)接收測(cè)試程序代碼，并將接收到的代碼寫入SRAM中，被測(cè)80C31從SRAM中讀取所述的代碼，被測(cè)80C31根據(jù)讀取的代碼運(yùn)行測(cè)試程序，并將程序運(yùn)行結(jié)果暫存在雙口RAM中，主測(cè)CPU從雙口RAM中提取運(yùn)行結(jié)果，并將提取的結(jié)果處理后，將發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)。還包括看門狗，所述的看門狗與被測(cè)80C31連接，當(dāng)裝置出現(xiàn)單粒子鎖定或翻轉(zhuǎn)時(shí)，被測(cè)80C31程序會(huì)跑飛或死機(jī)，通過看門狗將被測(cè)80C31復(fù)位，或按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間周期，對(duì)被測(cè)80C31進(jìn)行復(fù)位。還包括兩個(gè)外部RAM，外部RAM分別與主測(cè)CPU和被測(cè)80C31連接，存放測(cè)試程序數(shù)據(jù)，提高運(yùn)行速度。所述的測(cè)試程序代碼分為一般數(shù)據(jù)寄存器測(cè)試、特殊功能寄存器測(cè)試、內(nèi)部工作寄存器和邏輯單元功能測(cè)試。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本發(fā)明采用雙CPU結(jié)構(gòu)，通過雙口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，與現(xiàn)有地面模擬試驗(yàn)裝置采用單CPU自測(cè)相比，可以更全面的實(shí)現(xiàn)對(duì)80C31單粒子效應(yīng)的測(cè)試，與現(xiàn)有星載系統(tǒng)采用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換相比，本發(fā)明充分利用雙口RAM運(yùn)行速度快、方式簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，使得數(shù)據(jù)交換快速可靠，能夠?qū)崟r(shí)反映CPU的狀態(tài)，并且試驗(yàn)數(shù)據(jù)全面、可靠。(2)本發(fā)明采用可編程的SRAM，可以在上位機(jī)通過串口下載測(cè)試程序到主測(cè)CPU,然后通過地址線、數(shù)據(jù)線下載到SRAM中，與現(xiàn)有的裝置將程序固化在被測(cè)CPU外部存儲(chǔ)器相比，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程下載和在線修改，測(cè)試軟件靈活，可以實(shí)行多種測(cè)試程序進(jìn)行分別測(cè)試，本發(fā)明將測(cè)試程序分為一般數(shù)據(jù)寄存器測(cè)試、特殊功能寄存器測(cè)試、內(nèi)部工作寄存器和邏輯單元功能測(cè)試，且可修改能力強(qiáng)，測(cè)試時(shí)間可調(diào)節(jié)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，從而使得測(cè)試更加全面、準(zhǔn)確，實(shí)際操作也十分方便。(3)本發(fā)明上位機(jī)發(fā)出命令通過繼電器控制80C31的通斷電，采樣時(shí)間為毫秒級(jí)，與現(xiàn)有裝置每秒采樣相比響應(yīng)時(shí)間短，從而在發(fā)生閂鎖的情況下可以及時(shí)給80C31斷電保護(hù)。(4)本發(fā)明復(fù)位電路采用看門狗技術(shù)，使電路在瞬時(shí)掉電模式可以自行復(fù)位，對(duì)系統(tǒng)起到硬件上的保護(hù)作用，軟件防護(hù)措施可靠，程序跑飛或死機(jī)后可以自行復(fù)位，提高了裝置的穩(wěn)定可靠性。(5)本發(fā)明主測(cè)CPU和被測(cè)80C31分別與兩個(gè)外部RAM連接，外部RAM用于存放測(cè)試程序臨時(shí)數(shù)據(jù)，提高運(yùn)行速度。圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明主測(cè)CPU程序流程圖，2a為主流程圖，2b為中斷響應(yīng)流程圖3為本發(fā)明#1測(cè)80C31程序流程圖。具體實(shí)施例方式如圖1所示，為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括電源模塊、上位機(jī)、主測(cè)CPU、被測(cè)80C31、雙口RAM、SRAM和電流采集卡；電源模塊包括RC濾波、D/C轉(zhuǎn)換、繼電器；外部電源通過RC濾波、D/C轉(zhuǎn)換后分成兩路，一路直接給主測(cè)CPU供電，另一路通過繼電器給被測(cè)80C31供電，電流采集卡采集供給被測(cè)80C31的電流，并將采集的電流值發(fā)送給上位機(jī)，為了采樣時(shí)間達(dá)到毫秒級(jí)，電流采集卡可以選用美國(guó)Tl公司生產(chǎn)的1609產(chǎn)品；當(dāng)所述的電流值超過預(yù)先設(shè)定的闊值時(shí)，發(fā)生閂鎖，上位機(jī)發(fā)送指令給繼電器，由繼電器將被測(cè)80C31斷電；當(dāng)發(fā)生閂鎖時(shí)，本發(fā)明也可以通過上位機(jī)將指令發(fā)送給主測(cè)CPU,由主測(cè)CPU將指令發(fā)送給繼電器，由繼電器將被測(cè)80C31斷電。上位機(jī)通過串口與主測(cè)CPU進(jìn)行通信，主測(cè)CPU通過串口從上位機(jī)接收測(cè)試程序代碼，并將接收到的代碼寫入SRAM中，被測(cè)80C31從SRAM中讀取所述的代碼，被測(cè)80C31根據(jù)讀取的代碼運(yùn)行測(cè)試程序，并將程序運(yùn)行結(jié)果暫存在雙口RAM中，主測(cè)CPU從雙口RAM中提取運(yùn)行結(jié)果，并將提取的結(jié)果處理后，將發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)。對(duì)上面所述的主測(cè)CPU沒有特殊要求，只要能實(shí)現(xiàn)所述功能即可，本發(fā)明選用AT89C52。為了更好的保護(hù)裝置的穩(wěn)定、可靠，本發(fā)明還包括看門狗，所述的看門狗與被測(cè)80C31連接，當(dāng)裝置出現(xiàn)單粒子鎖定或翻轉(zhuǎn)時(shí)，被測(cè)80C31程序會(huì)跑飛或死機(jī)，通過看門狗將被測(cè)80C31復(fù)位，或按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間周期，對(duì)被測(cè)80C31進(jìn)行復(fù)位。本發(fā)明還可以包括兩個(gè)外部RAM,外部RAM分別與主測(cè)CPU和被測(cè)80C31連接，存放測(cè)試程序臨時(shí)數(shù)據(jù)，提高運(yùn)行速度。主測(cè)CPU還可以與一個(gè)外部ROM連接，將主測(cè)CPU測(cè)試程序放到外部ROM中，方便程序的擴(kuò)展，提高裝置的測(cè)試能力。主測(cè)CPU測(cè)試程序流程如圖2所示，具體實(shí)現(xiàn)過程如下步驟1，裝置上電進(jìn)行初始化，包括串口、定時(shí)器、中斷、雙口RAM等的初始化工作。擴(kuò)展RAM單元通過片選控制其是否選通，雙口RAM采用中斷方式，其地址編為FC00H-FFFFH，左端口寫FFFFH單元時(shí)右端口產(chǎn)生中斷，右端口響應(yīng)讀取FFFFH單元內(nèi)容后中斷返回。同理，右端口寫FFFEH單元時(shí)左端口也產(chǎn)生中斷，左端口讀取該單元內(nèi)容后中斷返回。步驟2,主測(cè)CPU(AT89C52)通過串口接收上位機(jī)發(fā)來的命令，判斷上位機(jī)要求測(cè)試板工作的狀態(tài)，主要包括通信測(cè)試、向#1測(cè)CPU(80C31)寫測(cè)試數(shù)據(jù)、向被測(cè)CPU80C31)的外部SRAM下載程序、檢查被測(cè)CPU80C31)上電后主測(cè)試程序運(yùn)行等幾個(gè)方面。上面所述的各個(gè)方面相對(duì)獨(dú)立，自頂向下模塊化的編程使得程序結(jié)構(gòu)合理，調(diào)試方便，也便于以后程序的維護(hù)和擴(kuò)展。步驟3，主測(cè)試CPU(AT89C52)可以查詢被測(cè)CPU(80C31)的上電情況，當(dāng)上位機(jī)給被測(cè)CPU(80C31)上電后，主測(cè)試CPU(AT89C52)校驗(yàn)通過后，才向雙口RAM發(fā)送數(shù)據(jù)，將要寫進(jìn)被測(cè)CPU(80C31)的數(shù)據(jù)寫到雙口RAM中，雙口RAM采用中斷方式，向FFFFH單元寫入標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)上位機(jī)發(fā)來的命令，主測(cè)試CPUAT89C52)進(jìn)入等待狀態(tài)，等待被測(cè)CPU80C31)發(fā)出的中斷。步驟4,被測(cè)CPU(80C31)運(yùn)行測(cè)試程序后，按一定時(shí)間向雙口RAM寫入測(cè)試后的結(jié)果，并向FFFEH單元寫入標(biāo)識(shí)，產(chǎn)生中斷，主測(cè)CPU響應(yīng)中斷，入棧保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，判斷標(biāo)識(shí)，當(dāng)為邏輯單元測(cè)試時(shí)，將測(cè)試結(jié)果與主測(cè)CPU運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行比較，錯(cuò)誤上傳；當(dāng)為內(nèi)部一般數(shù)據(jù)寄存器測(cè)試、特殊功能寄存器測(cè)試和內(nèi)部工作寄存器測(cè)試時(shí)，將測(cè)試結(jié)果與初值進(jìn)行比循環(huán)，完成后繼續(xù)測(cè)試。上面所述的初值，當(dāng)測(cè)試的為一般數(shù)據(jù)寄存器測(cè)試和內(nèi)部工作寄存器測(cè)試時(shí)為55H或AAH，當(dāng)測(cè)試的為特殊功能寄存器測(cè)試時(shí)為特定值。如圖3所示，為本發(fā)明被測(cè)80C31程序流程圖，具體實(shí)現(xiàn)過程如下步驟1,^^上電后先進(jìn)行初始化工作，包括定時(shí)器、中斷、雙口RAM等的工作方式的設(shè)定和參數(shù)設(shè)定。擴(kuò)展外部RAM也通過片選控制其是否選通。步驟2,查詢等待接收到主測(cè)CPU(AT89C52)的中斷命令后，被測(cè)CPU(80C31)向自身一般數(shù)據(jù)寄存器、特殊功能寄存器和內(nèi)部工作寄存器寫入數(shù)據(jù)。不同的測(cè)試程序執(zhí)行不同功能，由上位機(jī)提前下載到SRAM中。步驟3,按一定的時(shí)間間隔，并且該時(shí)間可調(diào)，讀出一般數(shù)據(jù)寄存器、特殊功能寄存器和內(nèi)部工作寄存器中的內(nèi)容，并將測(cè)試結(jié)果寫入雙口RAM,然后寫FFFEH單元產(chǎn)生中斷，直到主測(cè)試CPU(AT89C52)響應(yīng)中斷后繼續(xù)測(cè)試。步驟4，當(dāng)由于單粒子翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致的死機(jī)或者程序走飛時(shí)，通過看門狗WATCHDOG對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，使系統(tǒng)對(duì)瞬間斷電能夠自我保護(hù)，軟件防護(hù)措施可靠，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。通過在252Cf源(252Cf粒子平均LET值為43Mev*cm2/mg,粒子入射注量為8.64xio4ions/cm2)真空環(huán)境下進(jìn)行輻照試驗(yàn)，利用本發(fā)明分別對(duì)商用80C31和抗輻射加固80C31進(jìn)行單粒子試驗(yàn)，商用80C31和抗輻照加固80C31試驗(yàn)結(jié)果如表1所示表1商用80C31和抗輻照加固80C31試驗(yàn)結(jié)果<table>Complextableseetheoriginaldocumentpagex</column></row><table>表1中*代表60°傾角入射下的有效LET值,4中可以看出，商用80C31電路發(fā)生閂鎖20次，翻轉(zhuǎn)2次，抗輻照加固80C31沒有發(fā)生閂鎖和翻轉(zhuǎn)。通過對(duì)比單粒子試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了本發(fā)明的可靠性。本發(fā)明所述的裝置可以對(duì)其他8位機(jī)進(jìn)行單粒子效應(yīng)的檢測(cè)，利用本發(fā)明的思想在本發(fā)明基礎(chǔ)上進(jìn)行的修改，也落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。權(quán)利要求1、一種檢測(cè)80C31單粒子效應(yīng)的裝置，其特征在于包括電源模塊、上位機(jī)、主測(cè)CPU、被測(cè)80C31、雙口RAM、SRAM和電流采集卡；電源模塊分別給主測(cè)CPU和被測(cè)80C31供電，電流采集卡采集供給被測(cè)80C31的電流，并將采集的電流值發(fā)送給上位機(jī)，當(dāng)所述的電流值超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，發(fā)生閂鎖，上位機(jī)發(fā)送指令給電源模塊，由電源模塊將被測(cè)80C31斷電，上位機(jī)通過串口與主測(cè)CPU進(jìn)行通信，主測(cè)CPU通過串口從上位機(jī)接收測(cè)試程序代碼，并將接收到的代碼寫入SRAM中，被測(cè)80C31從SRAM中讀取所述的代碼，被測(cè)80C31根據(jù)讀取的代碼運(yùn)行測(cè)試程序，并將程序運(yùn)行結(jié)果暫存在雙口RAM中，主測(cè)CPU從雙口RAM中提取運(yùn)行結(jié)果，并將提取的結(jié)果處理后，將發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)80C31單粒子效應(yīng)的裝置，其特征在于還包括看門狗，所述的看門狗與被測(cè)80C31連接，當(dāng)裝置出現(xiàn)單粒子鎖定或翻轉(zhuǎn)時(shí)，被測(cè)80C31程序會(huì)跑飛或死機(jī)，通過看門狗將被測(cè)80C31復(fù)位，或按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間周期，對(duì)被測(cè)80C31進(jìn)行復(fù)位。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種檢測(cè)80C31單粒子效應(yīng)的裝置，其特征在于還包括兩個(gè)外部RAM，外部RAM分別與主測(cè)CPU和被測(cè)80C31連接，存放測(cè)試程序數(shù)據(jù)，提高運(yùn)行速度。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種檢測(cè)80C31單粒子效應(yīng)的裝置，其特征在于所述的測(cè)試程序代碼分為一般數(shù)據(jù)寄存器測(cè)試、特殊功能寄存器測(cè)試、內(nèi)部工作寄存器和邏輯單元功能測(cè)試。5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種檢測(cè)80C31單粒子效應(yīng)的裝置，其特征在于所述的測(cè)試程序代碼分為一般數(shù)據(jù)寄存器測(cè)試、特殊功能寄存器測(cè)試、內(nèi)部工作寄存器和邏輯單元功能測(cè)試。6、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種檢測(cè)80C31單粒子效應(yīng)的裝置，其特征在于所述的電源模塊包括RC濾波、D/C轉(zhuǎn)換、繼電器；外部電源通過RC濾波、D/C轉(zhuǎn)換后分成兩路，一路直接給主測(cè)CPU供電，另一路通過繼電器給被測(cè)80C31供電，當(dāng)電流采集卡采集的電流值超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，發(fā)生閂鎖，上位機(jī)發(fā)送指令給繼電器，由繼電器將被測(cè)80C31斷電。7、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種檢測(cè)80C31單粒子效應(yīng)的裝置，其特征在于所述的電源模塊包括RC濾波、D/C轉(zhuǎn)換、繼電器；外部電源通過RC濾波、D/C轉(zhuǎn)換后分成兩路，一路直接給主測(cè)CPU供電，另一路通過繼電器給被測(cè)80C31供電，當(dāng)電流采集卡采集的電流值超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，發(fā)生閂鎖，上位機(jī)發(fā)送指令給繼電器，由繼電器將被測(cè)80C31斷電。全文摘要本發(fā)明公開了一種檢測(cè)80C31單粒子效應(yīng)的裝置，電源模塊分別給主測(cè)CPU和被測(cè)80C31供電，電流采集卡采集供給被測(cè)80C31的電流，并將采集的電流值發(fā)送給上位機(jī)，當(dāng)所述的電流值超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，發(fā)生閂鎖，上位機(jī)發(fā)送指令給電源模塊，由電源0模塊將被測(cè)80C31斷電，主測(cè)CPU通過串口從上位機(jī)接收測(cè)試程序代碼，并將接收到的代碼寫入SRAM中，被測(cè)80C31從SRAM中讀取代碼，被測(cè)80C31根據(jù)讀取的代碼運(yùn)行測(cè)試程序，并將程序運(yùn)行結(jié)果暫存在雙口RAM中，主測(cè)CPU從雙口RAM中提取運(yùn)行結(jié)果，將發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了測(cè)試程序的在線下載及修改，且測(cè)試內(nèi)容全面、裝置可靠性高。文檔編號(hào)G06F11/00GK101196837SQ20071030159公開日2008年6月11日申請(qǐng)日期2007年12月26日優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日發(fā)明者劉立全,飛初,軍江,王振中,隆范申請(qǐng)人:北京時(shí)代民芯科技有限公司;中國(guó)航天時(shí)代電子公司第七七二研究所