ЖУРНАЛ «СТА» №3/2005

46 СТА 3/2005 РАЗРАБОТКИ www.cta.ru В ВЕДЕНИЕ Соответствие IBM PC совместимых процессорных плат индустриального уровня, используемых в составе борто- вых систем космических аппаратов (КА), более жёстким требованиям по сравнению с гарантированными их производителями по части устойчиво- сти к механическим воздействиям, ус- ловиям глубокого вакуума, накоплен- ной дозе радиации и т.д., обеспечивает- ся специальными конструкторскими и системными решениями. Одним из важнейших дополнитель- ных требований к процессорным пла- там, работающим на борту КА, являет- ся необходимость разработки повы- шенных мер защиты от сбоев во время выполнения рабочей программы. Эти сбои возникают вследствие попадания в чувствительные области элементов СБИС высокоэнергетичных (с энерги- ей более 1 МэВ) частиц (ВЭЧ) косми- ческого пространства (КП). Вероятность проявления этих эф- фектов в СБИС бортовой аппаратуры возникает сразу же после старта КА (в отличие от дозовых эффектов) и не мо- жет быть существенно снижена по- средством разумного увеличения тол- щины защитных экранов. Она зависит от величины и вида энергетического спектра потока ВЭЧ и от типов исполь- зуемых СБИС с учётом их функцио- нального назначения, технологии из- готовления, архитектуры и степени ин- теграции. Отличительной особенностью архи- тектуры IBM PC совместимых конт- роллеров является загрузка операцион- ной системы и рабочих программ с твердотельных дисков (ТД) в оператив- ную память перед началом работы и хранение их вместе с обрабатываемы- ми данными в процессе вычислений. В качестве оперативной памяти исполь- зуется КМОП СБИС динамической памяти высокой степени интеграции, а в качестве ТД – СБИС флэшпамяти. СБИС динамической памяти служат основными источниками сбоев конт- роллера на борту КА изза высокой ве- роятности инверсий логического со- стояния ячеек памяти при попадании в них ВЭЧ. В то же время вероятность сбоев процессора, контроллеров, ПЗУ и других СБИС изза «случайных» ио- низационных эффектов значительно ниже (более чем на два порядка), а ве- роятность инверсий логического со- стояния ячеек флэшпамяти ТД прак- тически равна нулю [1]. Учитывая всё это, в дальнейшем для количественных оценок сбоев контроллера рассматри- ваются только сбои, возникающие в его оперативной памяти. В ЫСОКОЭНЕРГЕТИЧНЫЕ ЧАСТИЦЫ КП НА ОРБИТАХ КА Источниками ВЭЧ в околоземном космическом пространстве являются три основных радиационных поля, от- личающихся своим происхождением и характеристиками потоков частиц [2, 3]: ● естественный радиационный пояс Земли (ЕРПЗ); ● галактические космические лучи (ГКЛ); ● солнечные космические лучи (СКЛ). Пространственное распределение потоков частиц этих радиационных по- лей в околоземном КП в плоскости, перпендикулярной плоскости эклипти- ки, схематически изображено на рис. 1. ЕРПЗ состоит из протонов и элект- ронов, захваченных магнитным полем Земли, однако только протоны ЕРПЗ являются источником сбоев. В основ- ном потоки этих частиц сосредоточены в области экватора (на широтах поряд- ка ±30...45°) изза диполеподобной конфигурации магнитного поля Земли. Высота нижней границы области рас- пространения данных потоков варьиру- ется в пределах ~300...1000 км в зависи- мости от долготы и широты, достигая наименьших значений над районом ЮжноАтлантической (магнитной) аномалии (ЮАА), расположенной в Атлантическом океане вблизи берегов Устойчивость IBM PC совместимых контроллеров к радиационным сбоям на орбитах космических аппаратов В статье обсуждается проблема возникновения сбоев в бортовых IBM PC совместимых контроллерах, обусловленная влиянием заряженных высокоэнергетичных частиц (протонов, ядер и ионов химических элементов) космического пространства. Для некоторых орбит космического аппарата с использованием расчётной методики сделан прогноз частоты сбоев оперативной памяти процессорной платы 2133 фирмы Octagon Systems. Даны рекомендации по способам защиты центрального бортового компьютера от влияния последствий сбоев. Олег Гобчанский, Николай Кузнецов