基于温备份技术的高可靠嵌入式控制器设计（2） 平衡, 技术, 嵌入式, 控制器, 转换器

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转换装置通过对失效系统的断电来实现其功能;备份系统对主系统的电源进行监测。当备份系统发现主系统的供电电压降至逻辑低电平时，备份系统被激活进入工作状态，从Flash中读取实验关键数据和实验进程相关信息并接替实验控制任务。
2.3 供电系统设计
供电系统采用双通道的冗余设计，支持7~40 V的宽范围电压输入，为控制器提供了3.3 V、2.5 V和1.5 V的供电电压,系统框图如图6所示。为了保证高效率和小体积的平衡，第一级采用DC/DC电压转换器实现宽范围电压输入并保证较高的效率，第二级采用低压差线性稳压器进一步降压。主备份系统的通断电通过磁保持继电器进行控制。

3 软件设计
3.1 FPGA逻辑设计
FPGA实现的是数据复接功能，完成两路串行输入数据的复接并通过串行接口输出。复接器在FPGA中实现分为3个模块：串行输入模块、复接模块和串行输出模块，如图7所示。两路LVDS数据通过串行输入模块存储在相应的FIFO中，复接模块中的控制逻辑同步地取出1个或2个FIFO中的数据并通过复接单元复接后存入FIFO3，串行输出模块将FIFO3中的数据取出并发送。

3.2 MCU软件
主系统的MCU与备份系统的MCU的软件功能有所不同：主MCU完成实验的控制、数据的采集处理以及向备份MCU定时备份实验关键数据及实验进程信息;备份MCU除定时接收主MCU发送的备份数据外，其余时间处于休眠状态。主备份MCU采用统一的程序设计，程序流程图如图8所示。主备份MCU按照特定输入引脚的电平值确定本系统是主系统或备份系统，从而运行不同的程序。

若主MCU出现暂时性故障，则主MCU内置的看门狗电路会重启主MCU，读入故障前的最后一次备份信息，继续实验。若主MCU出现永久性故障，则主系统进入掉电状态，而备份MCU读取Flash中的备份信息并接替主系统进行实验控制。
随着空间技术的进步，空间科学实验的需求必然会提升到一个新的高度，同时对科学实验设备的研发也提出了更高的要求。作为实验控制核心部件，高可靠控制器的设计仍将是十分重要的课题。本文利用MSP430与IGLOO系列FPGA的低功耗特性完成的新型温备份设计，在提高可靠性的同时保证了系统的低功耗，适用于未来空间科学实验的高可靠控制。