航空微电子

第1章 航空微电子系统概述 1 1.1 航空电子系统 1 1.1.1 航空电子系统的约束 2 1.1.2 航空电子系统的组成 3 1.1.3 航空电子系统结构的发展 7 1.2 航空微电子技术 8 1.3 航空航天微电子技术的特征 11 1.4 航空计算系统 14 1.4.1 航空计算系统的分类与特点 15 1.4.2 航空计算系统的发展趋势 17 第2章 航空微电子内嵌可靠性理论 20 2.1 引言 20 2.2 工序能力指数 21 2.2.1 工序能力指数的意义 22 2.2.2 工序能力及工序能力指数的概念 24 2.2.3 工序能力指数理论的发展 25 2.2.4 工序能力指数与成品率 26 2.3 非正态工序能力指数 33 2.3.1 工序能力分析中的皮尔逊分布拟合 33 2.3.2 常规非正态数据拟合方法 38 2.3.3 基于切比雪夫埃尔米特多项式的工序能力指数模型 40 2.4 多变量工序能力指数 42 2.4.1 基于空间定义的多变量工序能力指数 42 2.4.2 基于成品率的多变量工序能力指数模型 46 2.4.3 基于权重系数的多变量工序能力指数模型 53 2.4.4 多变量应用建议 55 2.5 高精度正态分布 55 2.5.1 一维正态分布积分限与精度的提高 56 2.5.2 二维正态性检验 58 2.5.3 正态分布参数的拟合计算 61 2.5.4 二维正态分布函数高精度实现 65 2.6 样本容量 68 2.6.1 完整样本容量 69 2.6.2 非完整样本容量 74 第3章 航空通用核心处理器 78 3.1 引言 78 3.1.1 航空电子系统对处理器的要求 78 3.1.2 核心处理器分类 78 3.2 核心处理器的发展趋势 79 3.2.1 多核/众核处理器的产生背景 80 3.2.2 多核/众核处理器的理论基础 81 3.2.3 多核/众核处理器对航空电子系统的挑战和机遇 82 3.2.4 多核/众核处理器的研究现状 83 3.2.5 众核处理器的发展趋势 93 3.3 研究案例；基于航天及空间应用的单片多处理体系结构 99 3.3.1 概述 99 3.3.2 航天及空间应用微处理器的需求特点 99 3.3.3 SPARC V8系统结构 100 3.3.4 基于LEON处理器的FPU和CU结构 106 3.3.5 可配置为并行与冗余结构的双核处理器 115 第4章 航空专用加速器及异构处理器 132 4.1 引言 132 4.2 使用墙问题和暗硅时代 132 4.3 适应暗硅的架构研究 137 4.4 CoDA架构及能耗研究 142 4.4.1 CoDA架构的定义 142 4.4.2 问题的提出 146 4.4.3 CoDA架构设计 147 4.4.4 CoDA能耗评估 151 第5章 航空存储器 164 5.1 综述 164 5.1.1 Cache 165 5.1.2 主存 165 5.1.3 辅助存储器 165 5.2 跨越“存储墙”的挑战 165 5.3 片上多核存储系统研究的关键问题 168 5.3.1 时延 168 5.3.2 存储器带宽 171 5.4 片上多核处理器存储系统的现状 173 5.4.1 学术界 173 5.4.2 工业界 176 5.5 实例；“龙腾”R2微处理器存储系统设计 178 5.5.1 “龙腾”R2处理器结构 179 5.5.2 存储管理单元的设计 180 5.5.3 一级Cache的设计 188 5.5.4 二级Cache的设计 199 第6章 航空机载专用总线 204 6.1 引言 204 6.2 1553B总线 204 6.2.1 总线简介 204 6.2.2 总线的数据链路层介绍 205 6.2.3 总线的物理层介绍 209 6.2.4 相关接口芯片 212 6.3 ARINC429总线 213 6.4 ARINC659总线 214 6.4.1 总线简介 214 6.4.2 总线的数据链路层介绍 214 6.4.3 ARINC659总线活动 216 6.4.4 ARINC659接口实现 222 6.5 AFDX总线 223 6.5.1 总线简介 223 6.5.2 总线的数据链路层介绍 227 6.5.3 总线的物理层介绍 234 6.6 ROBUS总线 234 6.6.1 总线简介 234 6.6.2 总线的数据链路层介绍 235 6.6.3 总线的物理层介绍 240 6.6.4 总线应用情况 249 6.7 FCAE1553B总线 251 6.7.1 总线简介 251 6.7.2 总线的数据链路层介绍 251 6.7.3 总线的物理层介绍 255 6.7.4 国内外对该总线的研究情况 255 6.8 TTE时间触发以太网 256 6.8.1 国内外研究现状 256 6.8.2 基本概念 258 6.8.3 网络拓扑结构 258 6.8.4 AS6802协议介绍 259 6.8.5 主要功能函数 261 6.8.6 时间同步原理 266 6.8.7 同步主节点整体结构 270 第7章 航空微电子健康管理理论 272 7.1 引言 272 7.2 函数、非标称、因果关系 273 7.3 复杂性和知识局限性 276 7.4 SHM缓解策略 277 7.5 可操作失效管理功能 278 7.5.1 监测函数和模型调整 280 7.5.2 故障诊断 281 7.5.3 失效预测 282 7.5.4 失效反应判定 282 7.5.5 失效反应 283 7.5.6 故障包含度和失效包含域 284 7.6 机制 285 7.6.1 故障容限 285 7.6.2 冗余 285 7.7 规则总结 287 7.8 系统健康管理的实现 288 7.9 启示 289 7.9.1 探测不可预知的非常态状态 289 7.9.2 独立条件下完整知识的不可能性 290 7.9.3 管理体制的必要性和不足 290 7.9.4 接口“干净” 291 7.9.5 需求、模型和正规表述 291 7.10 总结 292 参考文献 293