星載嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用
定 價(jià)：170 元
叢書名：航天電子技術(shù)與應(yīng)用前沿
- 中圖法分類：V423.4
- 頁(yè)碼：168頁(yè)
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16開
本書首先介紹了星載嵌入式計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程和基本概念, 然后重點(diǎn)介紹了星載嵌入式計(jì)算機(jī)的體系架構(gòu)技術(shù)、處理器最小系統(tǒng)、總線技術(shù)、電路與元器件技術(shù)、電源與接地設(shè)計(jì)技術(shù)、高可靠FPGA設(shè)計(jì)、軟件技術(shù)、抗輻加固技術(shù)及其應(yīng)用, 并在最后給出星載嵌入式計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)與展望。
1.“航天電子技術(shù)與應(yīng)用前沿”叢書基于“十二五”“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等，全面、系統(tǒng)反映了航天電子領(lǐng)域的前沿研究和關(guān)鍵核心技術(shù)，相關(guān)技術(shù)國(guó)際國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。
2.叢書內(nèi)容涵蓋星載嵌入式計(jì)算機(jī)、低空小型無人飛行器探測(cè)反制、地面信息化裝備、低空探測(cè)與監(jiān)視等方面，重點(diǎn)介紹涉及應(yīng)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(shù)及其應(yīng)用前沿。
3.叢書從一定程度上代表了國(guó)家水平，是航天電子技術(shù)發(fā)展先進(jìn)水平的成果轉(zhuǎn)化落地，其研究反映了空天科技前沿領(lǐng)域研究成果，其出版具有重大價(jià)值和重要社會(huì)影響力。
4.叢書反映了我國(guó)航天電子技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域最新發(fā)展，相關(guān)科研成果原創(chuàng)，叢書出版契合國(guó)家“科技強(qiáng)國(guó)”“航天強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略，符合近年來我國(guó)對(duì)于工業(yè)技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域精品出版、文化強(qiáng)國(guó)、文化自信的指導(dǎo)方針要求。
5.叢書四分冊(cè)《地面裝備信息化技術(shù)及發(fā)展》《星載嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用》《低空小型無人飛行器探測(cè)反制技術(shù)及應(yīng)用》《低空探測(cè)與監(jiān)視管理技術(shù)》同期面世。
星載嵌入式計(jì)算機(jī)是指裝備于衛(wèi)星平臺(tái)上的嵌入式計(jì)算設(shè)備，是各類航天器的核心設(shè)備之一，直接影響著航天飛行器的性能。同時(shí)，由于其不可維修且長(zhǎng)時(shí)間處于太空極端溫度及輻射環(huán)境中，星載嵌入式計(jì)算機(jī)對(duì)于可靠性要求極高。星載嵌入式計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)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(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理和傳送，監(jiān)視衛(wèi)星和航天飛行器的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行故障診斷，等等。隨著空間技術(shù)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(dǎo)航和遙感等應(yīng)用外，還包括載人航天、深空探測(cè)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(yīng)這些發(fā)展，星載嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)也經(jīng)歷了重大變化。但與此同時(shí)，目前我國(guó)在這一領(lǐng)域仍然缺少完整、翔實(shí)且結(jié)合實(shí)際工程的相關(guān)著作。
本書寫作團(tuán)隊(duì)來自上海航天電子通訊設(shè)備研究所（簡(jiǎn)稱“804所”）。804所是從事宇航型號(hào)用犀載計(jì)算機(jī)、測(cè)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(shù)研究所，主要承擔(dān)我國(guó)氣象系列、雷達(dá)系列、光學(xué)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)系列、深空探測(cè)系列等衛(wèi)星星載計(jì)算機(jī)所涉及的研發(fā)工作。本書寫作團(tuán)隊(duì)在航天領(lǐng)域深耕多年，親身經(jīng)歷了大量型號(hào)任務(wù)的星載計(jì)算機(jī)方案論證、設(shè)備研制、測(cè)試驗(yàn)證和在軌運(yùn)維工作，具有扎實(shí)的理論功底和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在本書編寫過程中，團(tuán)隊(duì)立足基本理論知識(shí)，充分融合長(zhǎng)期型號(hào)工作實(shí)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(jì)算機(jī)的所有環(huán)節(jié)。本書既可作為我國(guó)航天事業(yè)蓬勃興旺的記錄，也使得這些重要的知識(shí)能夠更好地傳承與發(fā)展。
航天是一項(xiàng)大系統(tǒng)工程，任何一個(gè)成功的型號(hào)研制背后都是無數(shù)人的努力和奉獻(xiàn)。本書作者曾與各單位的許多專家共事過，書中的不少知識(shí)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(chéng)摯的謝意。
本書不僅是作者對(duì)于實(shí)際工作的總結(jié)，也包含了對(duì)前沿技術(shù)的研究心得，旨在全面反映我國(guó)在星載嵌入式計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)水平。本書可以作為從事航天計(jì)算機(jī)和電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究人員的參考用書，也可作為相關(guān)領(lǐng)域的入門教材。
星載嵌入式計(jì)算機(jī)涉及領(lǐng)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(qǐng)各位讀者批評(píng)指正。
作 者
叢書主編、統(tǒng)稿定稿總負(fù)責(zé)人吉峰，上海航天電子通訊設(shè)備研究所所長(zhǎng)、研究員。中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制技術(shù)專業(yè)學(xué)術(shù)帶頭人，中國(guó)海軍引俄導(dǎo)彈保障專家組成員。長(zhǎng)期從事地面戰(zhàn)術(shù)武器雷達(dá)導(dǎo)引頭精確制導(dǎo)和空間微波雷達(dá)有效載荷的研發(fā)和應(yīng)用工作。上海市領(lǐng)軍人才。
本書主編、統(tǒng)稿定稿負(fù)責(zé)人朱新忠，上海航天電子通訊設(shè)備研究所副所長(zhǎng)、研究員。上海航天八院綜合電子領(lǐng)域副總研究師，航天計(jì)算機(jī)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(zhǎng)。長(zhǎng)期從事衛(wèi)星綜合電子、有效載荷數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)的研發(fā)和應(yīng)用工作。先后主持“863”“973”等各級(jí)科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，獲中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司“航天貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”“創(chuàng)新爭(zhēng)先優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”，并帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)獲得“中國(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)隆薄?br />
第1章 緒論 001
1．1 星載計(jì)算機(jī)概述 001
1．1．1 計(jì)算機(jī)發(fā)展史 001
1．1．2 星載計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程 007
1．1．3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程 010
1．2 星載計(jì)算機(jī)概念 011
1．2．1 功能定義 011
1．2．2 主要特點(diǎn) 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(biāo) 016
1．3 本書內(nèi)容安排 018
第2章 體系架構(gòu)技術(shù) 019
2．1 系統(tǒng)架構(gòu)概述 019
2．1．1 基本概念 019
2．1．2 系統(tǒng)架構(gòu)分類 020
2．2 系統(tǒng)架構(gòu)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(gòu)應(yīng)用 035
2．3．1 應(yīng)用衛(wèi)星 035
2．3．2 深空探測(cè) 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(jì)算機(jī)處理器概述 039
3．1．1 國(guó)內(nèi)外處理器發(fā)展情況 039
3．1．2 計(jì)算機(jī)指令集及其系列產(chǎn)品概述 040
3．2 1750Ａ系列處理器技術(shù) 043
3．2．1 1750Ａ體系架構(gòu)發(fā)展歷程 043
3．2．2 1750Ａ體系架構(gòu)簡(jiǎn)介 044
3．2．3 典型的1750Ａ系列處理器 044
3．2．4 技術(shù)特征 047
3．3 ＳＰＡＲＣ系列處理器技術(shù) 049
3．3．1 ＳＰＡＲＣ體系發(fā)展歷程 049
3．3．2 ＳＰＡＲＣ體系架構(gòu)特點(diǎn) 050
3．3．3 典型的ＳＰＡＲＣ系列處理器 051
3．3．4 技術(shù)特征 053
3．4 ＰｏｗｅｒＰＣ系列處理器技術(shù) 056
3．4．1 ＰｏｗｅｒＰＣ體系發(fā)展歷程 056
3．4．2 ＰｏｗｅｒＰＣ體系架構(gòu)特點(diǎn) 057
3．4．3 典型的ＰｏｗｅｒＰＣ處理器 057
3．4．4 技術(shù)特征 058
3．5 ＡＲＭ系列處理器技術(shù) 060
3．5．1 ＡＲＭ體系發(fā)展歷程 060
3．5．2 ＡＲＭ體系架構(gòu)特點(diǎn) 060
3．5．3 典型的ＡＲＭ處理器 062
3．5．4 技術(shù)特征 066
3．6 ＭＩＰＳ系列處理器技術(shù) 068
3．6．1 ＭＩＰＳ體系架構(gòu)發(fā)展歷程 068
3．6．2 ＭＩＰＳ體系架構(gòu)簡(jiǎn)介 069
3．6．3 典型的 ＭＩＰＳ系列處理器 069
3．6．4 技術(shù)特征 070
3．7 Ｘ86系列處理器技術(shù) 072
3．7．1 Ｘ86體系架構(gòu)發(fā)展歷程 072
3．7．2 Ｘ86體系架構(gòu)簡(jiǎn)介 072
3．7．3 典型的Ｘ86系列處理器 073
3．7．4 技術(shù)特征 073
3．8 ＲＩＳＣ Ｖ系列處理器技術(shù) 075
3．8．1 ＲＩＳＣ Ｖ體系架構(gòu)發(fā)展歷程 075
3．8．2 ＲＩＳＣ Ｖ體系架構(gòu)簡(jiǎn)介 076
3．8．3 典型的ＲＩＳＣ Ｖ系列處理器 077
3．8．4 技術(shù)特征 078
3．9 處理系統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù) 080
3．9．1 非易失性程序存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)與應(yīng)用 080
3．9．2 Ｆｌａｓｈ型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)與應(yīng)用 081
3．9．3 ＳＲＡＭ型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)與應(yīng)用 082
3．9．4 ＳＤＲＡＭ型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)與應(yīng)用 082
第4章 總線技術(shù) 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(jì)算機(jī)總線設(shè)計(jì) 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(shù) 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(qū)動(dòng)接口 122
5．2．5 其他高可靠接口 122
5．3 接口電路設(shè)計(jì) 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(qū)動(dòng)接口 142
5．3．5 其他高可靠接口 144
5．4 典型應(yīng)用 147
第6章 電源與地設(shè)計(jì) 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?fù)?153
6．2．1 電源信號(hào)定義 153
6．2．2 電源轉(zhuǎn)換方式 154
6．2．3 電源轉(zhuǎn)換拓?fù)?157
6．3 電源接地技術(shù) 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(shè)計(jì) 163
6．4．2 安全性設(shè)計(jì) 166
6．5 電磁兼容性設(shè)計(jì)技術(shù) 166
6．5．1 電磁兼容性設(shè)計(jì) 167
6．5．2 電磁兼容性試驗(yàn) 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(guān)電源 177
6．8．2 線性穩(wěn)壓器 179
第7章 星載計(jì)算機(jī)犉犘犌犃設(shè)計(jì) 182
7．1 星載計(jì)算機(jī)ＦＰＧＡ概述 182
7．1．1 星載計(jì)算機(jī)ＦＰＧＡ系列及體系架構(gòu) 182
7．1．2 星載計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)ＦＰＧＡ需求分析與選型參考 189
7．2．1 需求分析 189
7．2．2 設(shè)計(jì)預(yù)估 190
7．2．3 選型參考 191
7．3 星載計(jì)算機(jī)ＦＰＧＡ設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 194
7．3．1 ＦＰＧＡ典型開發(fā)流程 194
7．3．2 ＦＰＧＡ硬件設(shè)計(jì) 196
7．3．3 ＦＰＧＡ邏輯設(shè)計(jì) 200
7．3．4 ＦＰＧＡ可靠性設(shè)計(jì) 204
7．3．5 幾種常見類型的ＦＰＧＡ設(shè)計(jì)要點(diǎn) 206
7．3．6 ＦＰＧＡ在軌上注重構(gòu) 207
7．4 星載計(jì)算機(jī)ＦＰＧＡ設(shè)計(jì)的新趨勢(shì) 208
7．4．1 ＳＯＰＣ開發(fā) 208
7．4．2 ＨＬＳ開發(fā) 209
第8章 軟件技術(shù) 211
8．1 星載計(jì)算機(jī)軟件簡(jiǎn)介 211
8．1．1 星載計(jì)算機(jī)軟件分類 211
8．1．2 星載計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展 212
8．2 星載計(jì)算機(jī)單機(jī)軟件設(shè)計(jì) 214
8．2．1 軟件頂層設(shè)計(jì) 214
8．2．2 軟件功能設(shè)計(jì) 217
8．2．3 軟件外部接口設(shè)計(jì) 222
8．2．4 軟件可靠性與安全性設(shè)計(jì) 224
8．3 星載嵌入式操作系統(tǒng) 228
8．3．1 操作系統(tǒng)簡(jiǎn)史 228
8．3．2 操作系統(tǒng)軟件架構(gòu) 230
8．3．3 操作系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 241
8．3．4 操作系統(tǒng)功能應(yīng)用 249
第9章 元器件應(yīng)用與抗輻射加固技術(shù) 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(yīng)用要求 260
9．2 抗輻射加固技術(shù) 260
9．2．1 空間輻射環(huán)境 261
9．2．2 常見輻射效應(yīng) 264
9．2．3 芯片級(jí)輻射效應(yīng)及加固技術(shù) 270
9．2．4 系統(tǒng)級(jí)抗輻射加固設(shè)計(jì) 274
9．2．5 電子系統(tǒng)抗輻射加固設(shè)計(jì)量化評(píng)估技術(shù) 279
第10章 發(fā)展趨勢(shì)與展望 281
10．1 體系架構(gòu)發(fā)展 281
10．1．1 “云 邊 端協(xié)同”架構(gòu) 281
10．1．2 軟件定義系統(tǒng)架構(gòu) 283
10．1．3 感存算一體化架構(gòu) 286
10．1．4 新型信息系統(tǒng)架構(gòu) 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(jí)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(luò)安全 297
10．3．4 網(wǎng)絡(luò)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(gòu)算力 300
10．4 應(yīng)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(jì)算機(jī) 306
10．4．5 數(shù)字計(jì)算機(jī) ＭＢＳＥ 308
10．4．6 智能人機(jī)交互 309
10．4．7 空間防御 310
參考文獻(xiàn) 313
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