摘要： 隨著全球通信網(wǎng)絡(luò)的不斷拓展，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)作為其重要組成部分，對(duì)于推進(jìn)系統(tǒng)芯片的性能、可靠性和抗輻射能力提出了極高的要求。本文從學(xué)術(shù)研究的角度出發(fā)，基于相關(guān)試驗(yàn)報(bào)告和數(shù)據(jù)手冊(cè)，深入探討AS32S601芯片在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)中的技術(shù)適配性。通過(guò)對(duì)芯片抗單粒子效應(yīng)能力的分析、功能特性與系統(tǒng)需求的匹配研究，以及具體應(yīng)用場(chǎng)景的詳細(xì)探討，揭示了AS32S601芯片在該領(lǐng)域的應(yīng)用潛力與優(yōu)勢(shì)，為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)芯片選型提供學(xué)術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：AS32S601芯片；衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)；抗單粒子效應(yīng)；技術(shù)適配性

一、引言

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)作為衛(wèi)星在軌運(yùn)行的關(guān)鍵子系統(tǒng)之一，其性能的優(yōu)劣直接影響衛(wèi)星的軌道維持、姿態(tài)調(diào)整以及任務(wù)執(zhí)行能力。隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)于推進(jìn)系統(tǒng)芯片的要求也日益嚴(yán)苛。芯片不僅要具備高性能的運(yùn)算能力，以滿足復(fù)雜的軌道控制算法和通信協(xié)議處理需求，還需要具有高可靠性，以應(yīng)對(duì)太空環(huán)境中的極端條件，如高能粒子輻射、溫度變化和微小氣候等。此外，低功耗、多通信接口以及靈活的可配置性也是芯片在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)中不可或缺的特性。在眾多芯片中，國(guó)科安芯推出的AS32S601憑借其出色的抗單粒子效應(yīng)能力和豐富的功能特性，展現(xiàn)出在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)中的良好適配性。深入研究其技術(shù)適配性，對(duì)于推動(dòng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。

二、AS32S601芯片概述

（一）基本信息

AS32S601是由國(guó)科安芯研制的一款32位RISC-V指令集MCU產(chǎn)品，專為宇航級(jí)應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有高安全、低失效、多IO、低成本等特點(diǎn)。其工作頻率高達(dá)180MHz，工作輸入電壓支持2.7V~5.5V，休眠電流≤200uA（可喚醒），典型工作電流≤50mA，符合AEC-Q100grade1認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（汽車(chē)級(jí)），且在企業(yè)宇航級(jí)應(yīng)用中具備出色的抗單粒子效應(yīng)能力。

（二）技術(shù)特性

內(nèi)核 ：采用自研E7內(nèi)核，帶有FPU與L1Cache，允許零等待訪問(wèn)嵌入式Flash與外部?jī)?nèi)存，最高頻率180MHz，804DIMPS/2.68DIMPS/MHz，具備強(qiáng)大的運(yùn)算性能。

總線架構(gòu) ：AXICrossbar總線矩陣實(shí)現(xiàn)CPU內(nèi)核與系統(tǒng)存儲(chǔ)器及外設(shè)模塊的高效互聯(lián)，保障系統(tǒng)工作帶寬，滿足多模塊同時(shí)訪問(wèn)需求。

時(shí)鐘管理 ：提供多種時(shí)鐘源選擇，包括外部晶振（OSC）、內(nèi)部高頻振蕩器（FIRC）、內(nèi)部低頻振蕩器（SIRC）和PLL，時(shí)鐘監(jiān)測(cè)模塊確保時(shí)鐘穩(wěn)定，保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

安全設(shè)計(jì) ：針對(duì)高安全完整性系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用延遲鎖步方法保證內(nèi)核安全，存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)路徑由端到端ECC保護(hù)，時(shí)鐘、電源分別由CMU和PMU配合監(jiān)控，外設(shè)安全由應(yīng)用級(jí)措施確保，集成多種安全機(jī)制，能有效檢測(cè)單點(diǎn)故障和潛在故障。

存儲(chǔ)系統(tǒng) ：內(nèi)置512KiBSRAM（帶ECC）、16KiBICache和16KiBDCache（帶ECC）、512KiBD-Flash（帶ECC）、2MiBP-Flash（帶ECC），為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序運(yùn)行提供充足空間。

DMA ：集成兩組通用DMA，每組16個(gè)通道，支持多種外設(shè)，實(shí)現(xiàn)在外設(shè)和存儲(chǔ)器之間或存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)需CPU干預(yù)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

MPU ：存儲(chǔ)保護(hù)單元可限定總線主機(jī)對(duì)選定地址區(qū)域的內(nèi)存/外設(shè)的訪問(wèn)權(quán)限，擁有16個(gè)（CPUI/D/PMPU）/8個(gè)（DMAMPU）互相獨(dú)立的內(nèi)存保護(hù)通道，保障關(guān)鍵代碼安全。

PMU ：電源管理模塊可切換MCU的各種電源模式，包括運(yùn)行模式、低速運(yùn)行模式、停止模式和待機(jī)模式，實(shí)現(xiàn)能源的高效管理。

DSE ：硬件加解密模塊符合HIS-SHE安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，支持多種加密算法和真隨機(jī)數(shù)生成，為數(shù)據(jù)安全傳輸提供保障。

通信接口 ：具備豐富的通信接口，如6路SPI、4路CAN、4路USART、1個(gè)以太網(wǎng)（MAC）模塊、4路I2C等，滿足衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)中不同設(shè)備之間的通信需求。

三、抗單粒子效應(yīng)能力分析

（一）單粒子效應(yīng)概述

在太空環(huán)境中，高能粒子可能引起芯片內(nèi)部電荷變化，導(dǎo)致單粒子效應(yīng)，包括單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）、單粒子鎖定（SEL）等。這些效應(yīng)可能導(dǎo)致芯片工作狀態(tài)異常，影響衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（二）AS32S601芯片抗單粒子效應(yīng)試驗(yàn)

根據(jù)編號(hào)為ZKX-2024-SB-21的試驗(yàn)報(bào)告，AS32S601型MCU經(jīng)歷了嚴(yán)格的單粒子效應(yīng)脈沖激光試驗(yàn)，依據(jù)GB/T43967-2024等多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。試驗(yàn)采用皮秒脈沖激光正面輻照芯片，LET范圍值為5-75MeV·cm2/mg，評(píng)估芯片抗單粒子效應(yīng)能力。試驗(yàn)結(jié)果顯示，AS32S601型MCU在5V的工作條件下，利用激光能量為120pJ（對(duì)應(yīng)LET值為5MeV·cm2/mg）開(kāi)始進(jìn)行全芯片掃描，未出現(xiàn)單粒子效應(yīng)。當(dāng)激光能量提升至1585pJ（對(duì)應(yīng)LET值為75MeV·cm2/mg）時(shí)，監(jiān)測(cè)到芯片僅發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）現(xiàn)象，未出現(xiàn)單粒子鎖定（SEL）效應(yīng)。這表明AS32S601芯片具備較高的抗單粒子效應(yīng)能力，可滿足衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)在太空復(fù)雜輻射環(huán)境下的可靠性要求。

（三）與其他芯片的對(duì)比

相較于部分傳統(tǒng)芯片，AS32S601芯片在抗單粒子效應(yīng)方面表現(xiàn)出色。其在較高LET值下才出現(xiàn)單粒子翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，且未發(fā)生單粒子鎖定，這使得其在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)中具備更廣闊的適用性。例如，一些非宇航級(jí)芯片在較低LET值下就可能出現(xiàn)單粒子鎖定，導(dǎo)致系統(tǒng)故障，而AS32S601芯片憑借其設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)和抗輻射措施，能有效抵御太空輻射環(huán)境對(duì)芯片的影響。

四、功能特性與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)需求匹配分析

（一）衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)芯片的需求

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)需要芯片具備強(qiáng)大的運(yùn)算能力以處理復(fù)雜的軌道控制、通信協(xié)議等任務(wù)；高可靠性確保系統(tǒng)在長(zhǎng)期太空運(yùn)行中穩(wěn)定工作；低功耗以適應(yīng)衛(wèi)星有限的能源供應(yīng)；多通信接口實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星上各設(shè)備的無(wú)縫連接；高抗輻射能力應(yīng)對(duì)太空輻射環(huán)境。此外，芯片還需具備靈活的可配置性和擴(kuò)展性，以滿足不同衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。

（二）AS32S601芯片功能特性與需求匹配

運(yùn)算能力 ：AS32S601芯片內(nèi)核最高頻率180MHz，804DIMPS/2.68DIMPS/MHz的運(yùn)算性能使其能夠高效處理衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)中的復(fù)雜計(jì)算任務(wù)，如姿態(tài)控制算法、軌道調(diào)整模型等，保障系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和精確性。

可靠性 ：芯片符合AEC-Q100 grade1認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，具備工業(yè)級(jí)可靠性，能夠在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)中經(jīng)受住嚴(yán)苛的太空環(huán)境考驗(yàn)，如極端溫度變化、振動(dòng)等。同時(shí)，其安全設(shè)計(jì)中的多種保護(hù)機(jī)制，如端到端ECC保護(hù)、時(shí)鐘監(jiān)控等，進(jìn)一步提升了芯片的可靠性，降低了系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)。

低功耗 ：典型工作電流≤50mA，休眠電流≤200uA（可喚醒），芯片在不同工作模式下都能實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行，這對(duì)于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，可有效節(jié)省衛(wèi)星的能源，延長(zhǎng)衛(wèi)星的使用壽命。

通信接口 ：芯片豐富的通信接口，如CAN、SPI、I2C、以太網(wǎng)等，能夠滿足衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)中與傳感器、執(zhí)行器、通信模塊等設(shè)備的通信需求。例如，通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)與推進(jìn)劑閥門(mén)、壓力傳感器等的實(shí)時(shí)通信，通過(guò)以太網(wǎng)接口與衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，保證推進(jìn)系統(tǒng)與衛(wèi)星其他子系統(tǒng)之間的信息交互暢通無(wú)阻。

抗輻射能力 ：如前文所述，AS32S601芯片具備良好的抗單粒子效應(yīng)能力，能夠適應(yīng)太空輻射環(huán)境，減少因輻射引起的芯片故障，提高了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)的可靠性和可用性。

可配置性與擴(kuò)展性 ：芯片的多種功能模塊和可編程參數(shù)，如GPIO引腳配置、定時(shí)器功能設(shè)置等，為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了靈活的可配置性。同時(shí)，芯片支持外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器、通信模塊等，可根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行擴(kuò)展，滿足不同衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

五、應(yīng)用場(chǎng)景探討

（一）在衛(wèi)星姿態(tài)控制中的應(yīng)用

衛(wèi)星姿態(tài)控制對(duì)于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)至關(guān)重要。AS32S601芯片可作為姿態(tài)控制的核心處理器，接收來(lái)自星敏感器、陀螺儀等傳感器的數(shù)據(jù)，通過(guò)復(fù)雜的算法計(jì)算出衛(wèi)星的姿態(tài)偏差，并控制推進(jìn)系統(tǒng)中的噴嘴、反作用輪等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。其高運(yùn)算能力和實(shí)時(shí)性能夠確保姿態(tài)控制的精確性和快速性，保障衛(wèi)星在軌道上穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的高質(zhì)量通信服務(wù)。

（二）在推進(jìn)劑管理中的應(yīng)用

精準(zhǔn)的推進(jìn)劑管理是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。AS32S601芯片可負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)推進(jìn)劑儲(chǔ)箱的壓力、溫度、液位等參數(shù)，并根據(jù)衛(wèi)星的任務(wù)需求和軌道參數(shù)，通過(guò)控制推進(jìn)劑閥門(mén)的開(kāi)閉和流量大小，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑的合理分配和管理。其低功耗特性使得芯片在推進(jìn)劑管理過(guò)程中能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，減少能源消耗，延長(zhǎng)衛(wèi)星的使用壽命。

（三）在通信協(xié)議處理中的應(yīng)用

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)需要與衛(wèi)星通信系統(tǒng)緊密配合，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)系統(tǒng)狀態(tài)信息的上報(bào)和控制指令的接收。AS32S601芯片憑借其豐富的通信接口和強(qiáng)大的處理能力，能夠高效處理多種通信協(xié)議，如TCP/IP、CANopen等，確保推進(jìn)系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確、可靠。在通信過(guò)程中，芯片的抗輻射能力可防止數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)的通信可靠性。

（四）在推進(jìn)系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制中的應(yīng)用

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)各種故障，如傳感器故障、執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障等。AS32S601芯片可集成故障診斷算法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)推進(jìn)系統(tǒng)中各部件的工作狀態(tài)，一旦檢測(cè)到故障，能夠迅速啟動(dòng)容錯(cuò)控制策略，如切換備份傳感器、調(diào)整控制算法參數(shù)等，確保推進(jìn)系統(tǒng)繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。其高可靠性和實(shí)時(shí)處理能力使得芯片在推進(jìn)系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

（五）在推進(jìn)系統(tǒng)與衛(wèi)星能源管理協(xié)同中的應(yīng)用

衛(wèi)星能源管理對(duì)于衛(wèi)星的正常運(yùn)行至關(guān)重要。AS32S601芯片可與衛(wèi)星能源管理系統(tǒng)協(xié)同工作，根據(jù)推進(jìn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和能源需求，合理分配能源，優(yōu)化推進(jìn)系統(tǒng)的能耗。例如，在衛(wèi)星處于陰影區(qū)時(shí)，芯片可根據(jù)能源儲(chǔ)備情況調(diào)整推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行模式，降低功耗；在光照區(qū)時(shí)，可適當(dāng)提高推進(jìn)系統(tǒng)的性能以完成任務(wù)需求。通過(guò)芯片的智能能源管理功能，提高衛(wèi)星能源利用效率，延長(zhǎng)衛(wèi)星使用壽命。

六、技術(shù)優(yōu)勢(shì)總結(jié)

綜上所述，AS32S601芯片在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)中具有多方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。其出色的抗單粒子效應(yīng)能力保障了系統(tǒng)在太空輻射環(huán)境下的可靠性；強(qiáng)大的運(yùn)算能力滿足了復(fù)雜任務(wù)處理需求；高可靠性、低功耗特性適應(yīng)衛(wèi)星長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的要求；豐富的通信接口為系統(tǒng)集成提供了便利；靈活的可配置性與擴(kuò)展性增強(qiáng)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性和適應(yīng)性。這些優(yōu)勢(shì)使得AS32S601芯片成為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)中理想的芯片選擇之一。

七、結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)AS32S601芯片的抗單粒子效應(yīng)能力、功能特性以及在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行深入研究，可以得出該芯片在技術(shù)適配性方面表現(xiàn)出色。其在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)中的應(yīng)用將有助于提升系統(tǒng)的性能和可靠性，推動(dòng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。然而，隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于芯片的要求也將不斷提高。未來(lái)，芯片制造商可進(jìn)一步優(yōu)化AS32S601芯片的性能，如提高運(yùn)算速度、降低功耗、增強(qiáng)抗輻射能力等，以更好地滿足衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展需求。同時(shí)，加強(qiáng)芯片與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)其他部件的協(xié)同設(shè)計(jì)和優(yōu)化，將有助于構(gòu)建更加高效、可靠的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)系統(tǒng)，為全球通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

審核編輯 黃宇