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基于S698PM的双冗余FLASH启动原理及应用

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【摘要】:
摘要:S698PM为欧比特公司研发一款面向航空、航天、军用的SPARC架构的四核处理器,其可适用于一些高可靠性要求的场合。一般的高可靠性应用需要具备热备份双冗余要求,而启动用的FLASH更为关键。本文主要阐述基于S698PM的双冗余FLASH启动电路设计原理及应用。

基于S698PM的双冗余FLASH启动原理及应用

 

摘要:S698PM为欧比特公司研发一款面向航空、航天、军用的SPARC架构的四核处理器,其可适用于一些高可靠性要求的场合。一般的高可靠性应用需要具备热备份双冗余要求,而启动用的FLASH更为关键。本文主要阐述基于S698PM的双冗余FLASH启动电路设计原理及应用。

 

关键字:S698PMFLASH、双冗余

 

引言:近些年来在航空、航天、军等方面的电子系统设计对元器件国产化有一定的要求。国内各相关芯片设计厂家都有对应的解决方案。在航空、航天领域基于SPARC架构的处理器应用比较广泛。欧比特自主研发的S698系列处理器可满足航空、航天、军用等高等级别应用。

1     S698PM的介绍

1.1  基本简介

S698PM芯片是一款抗辐照型的高性能、高可靠、高集成度、低功耗的多核并行处理器SoC芯片。S698PM采用国际最先进LEON4内核,采用对称多处理架构(SMP),遵循SPARC V8标准,专为高端嵌入式实时控制及复杂计算等应用而设计。

S698PM芯片内部集成了丰富的片上外设,包括GPIOUART、定时器、中断控制器、调试支持单元、存储器控制器、1M/10M 1553B总线控制器、CAN总线控制器、10M/100M以太网控制器、SpaceWire总线节点控制器、CCSDS遥控遥测控制器、USB1.1主控器、SPI主控器、I2C主控器等功能模块。

S698PM芯片芯片内部所有逻辑单元具有三模冗余(TMR)加固,片内与片外存储器进行了检错纠错(EDAC)加固,芯片抗辐照指标满足高可靠、抗辐照产品要求。其可广泛应用在航空、航天、电子、核工业、兵器、船舶、测控、工业控制等领域。

1S698PM芯片结构框图

 

 

1.1  S698PMPROM控制器

S698PM外部存储控制器支持PROMIOSRAMDDR2。其中PROM为程序数据存储区域、IO为外部扩展区域、SRAMDDR2为运存区。S698PMPROM控制器提供了两个片选信号ROMSN[1:0],最大支持512M*32bitPROM访问,其寻址空间为0x00000000~0x1FFFFFFFS698PM启动必须要从0地址开始。其对外连接信号如下:

1S698PMFLASH连接图示

 

1PROM控制器信号列表

信号

FLASH

说明

DATA[31:0]

DQ[31:0]

数据线

ADDRESS[27:0]

A[n:0]

地址线

ROMSN[1:0]

CSn

片选

OEN

OEn

读信号

WRITEN

WEn

写信号

 

1     FLASH片选控制设计

一般的航天、军用高可靠性要求高的应用场合为了防止意外导致FALSH数据被破坏带来系统功能丧失的结果。一般需要针对FALSH数据存储做主、备份双冗余设计。其设计思路为系统正常加电CPU进行复位,选择主FLASH区进行加载运行相关程序。如果从主区加载失败,监控看门狗电路发出狗咬信号,将CPU复位并选择备份FLASH区进行加载。

结合S698PM的特点,不推荐使用其自带的看门狗模块。需要设计看门狗电路控制S698PM的复位。由于S698PMPROM空间本身没有主、备份片选,且PROM作为程序ROM必须从0地址开始执行,这样需要设计FLASH片选控制电路实现主、备份FALSH片选的切换。

1FALSH片选控制逻辑图

 

如上图所示,看门狗电路在上电期间输出/RESET信号为低电平、/WDOUT信号为高电平,经过与门后给S698PM进行复位。同时将D触发器电路输出清零,Q输出为低电平、Qn输出为高电平。触发器输出信号QS698PMROMSN[0]信号经过或门1输出给主FLASH芯片片选,程序从主FLASh加载执行,其中包括“喂狗”信号的输出。如出现加载异常,S698PM未能有效的从主FLASH启动,看门狗电路监测到无效“喂狗”信号,触发狗咬信号WDOUTn输出为低电平,此时WDOUTnRESETn相与后触发S698PM的复位。同时将D触发器置1Q输出为高电平、Qn输出为低电平,触发器输出信号QnS698PMROMSN[0]信号经过或门2输出给备份FLASH芯片片选,选择备份区FLASH进行加载。

1真值表

看门狗

S698PM

D触发器

FLASH

备注

/RESET

/WDOUT

/RESET

ROMSN[0]

Q

Qn

MFCSn

BFCSn

0

1

0

0

0

1

0

1

上电复位选择主FLASH

1

1

1

1/0

0

1

1/0

1

正常运行,选择主FLASH

1

0

0

0

1

0

0

1

触发看门狗复位,选择备份FLASH

1

1

1

1/0

1

0

1

1/0

正常运行,选择备份FLASH

 

2     结语

本文介绍了基于欧比特S698PMFALSH双冗余设计,由于S698PM本身不带主、备份FLASH选择,本文阐述的S698PM FLASH片选的扩展设计,可解决一些高要求应用场合的S6989PM主、备份FALSH加载问题。

参考文献

[1]高性能32位多核处理器SOC芯片S698PM用户手册V4.4,欧比特宇航科技股份有限公司,2018

[2]数字电子技术基础,阎石,2006

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