1引言

SPARC(Scalable Processor Architecture)，是任何人或公司都能準許和使用其于微處理器和半導體發展的開發技術規格。SPARC誕生與SUN Microsystems實驗室公司，它是加州大學伯克利的研究人員在RISC技術上研究發展起來的。 1985年Sun微系統公司為了獲得更高的執行效率和更為優化的編譯器，并滿足其縮短開發周期、迅速投放市場的要求，提出了該體系結構。該公司本身并不進行集成電路的設計和生產，而是由多家半導體廠商以不同的VLSI實現為其進行生產。最終只要求用這些不同芯片構成的系統均保證程序二進制兼容。這使得廠家能充分發揮自己的特長進一步改進工藝技術、提高性能。可以說SPARC是一個開放的體系結構標準，允許公眾制造商的加入。1987年，Sun和TI公司合作開發了RISC微處理器SPARC。1989年，SUN Microsystems轉移SPARC規范到一個獨立、非盈利組織，用于服務成員開發認證。從最早的32位SPARC V7，到32位SPARC V8(哈佛結構)，一直發展到目前的64位SPARC V9(超標量)，使SPARC體系的 RISC微處理器得到廣泛的發展。SPARC微處理器最突出的特點就是它的可擴展性，這是業界出現的第一款有可擴展性功能的微處理，SPARC的推出為 Sun贏得了高端微處理器市場的領先地位。Sun公司以其性能優秀的工作站聞名，這些工作站全都是采用Sun公司自己研發的SPARC芯片。

航天計算機是航天設備控制的中樞神經，隨著航天工程復雜性的不斷提高，設備對計算機的要求越來越高。航天電子產品不但要耐火箭起飛時的沖擊、振動等苛刻的力學環境，而且要承受宇宙空間的高溫、低溫、高真空、高輻射等極端條件;另外，由于在空間環境條件下，電子產品的可維護性非常差，而且一旦發生故障，其后果往往比較嚴重，甚至是致命的。因此相對于普通計算機，其可靠性要求更高。

在航天領域，美國現在使用的最高端的星載計算機，采用的是基于POWERPC體系結構的。歐空局為了擺脫美國對其空間研發能力的制約而獨立開發了基于SPARC V7機構的面向空間應用的微處理器：ERC32，其輻射加固版本已經成熟使用于航天環境中。06年5月22日，基于LEON SPARC V8的處理器也成功使用于航天工程。可以說SPARC體系結構的 CPU在今后的航天計劃中將發揮更大作用。

盡管國內的IC研發和設計水平同國際先進水平相比還存在著較大的差距。但是，隨著國內半導體工業的發展，國內已能生產出可以在空間環境應用的處理器，有些處理器已有在軌飛行的經歷，但基于這些處理器的航天計算機性能比較低，處理能力不超過 11MIPS，性能功耗比小，重量體積又偏大，不能適應我國航天工程未來的發展。近年來，我國加速了軍用器件國產化的步伐，研制出了較高性能的處理器，本設計采用的國產CPU是32位RISC處理器，主頻150MHz，處理能力80MIPS@133MHz，這款CPU是目前國產的可在空間應用的CPU中性能比較高的。本處理器基于SPARC V8 體系結構，內部采用AMBA總線可擴展結構，帶有32kb指令緩存和32kb數據緩存。功耗低于1瓦，具有檢錯和糾錯功能，支持對寄存器堆和外部存儲器的EDAC，以及Cache的奇偶校驗。芯片采用0.18um CMOS工藝，抗γ總劑量：100Krad(Si)。

2 硬件實現方案

2.1 總體設計

本設計考慮到計算機的可擴展性，采用底板、主板、電源板分離，并在底板上預留了兩個擴展插槽，便于將來功能擴展時使用。

圖1 計算機總體框架圖

2.2 CPU主板設計

由于1553B總線具有極高的可靠性，因而在航空、航天、軍事等領域的電子聯網系統中得到廣泛應用。1553B總線具有以下優點：類似局域網結構;冗余容錯能力：支持“智能”遠置終端;高可靠的故障隔離性能;實時可確定性。本設計中引入1553B總線。

圖2 CPU主板框架圖

主板的布線要主要電磁兼容的影響，采用六層電路板，布線時主要電源分割和多層走線策略。另外用一片小的CPLD可以將簡單電路集成其中，簡化電路復雜程度。

2.3 其它硬件設計

電源板的設計，要考慮到為本系統提供高效和穩定的電源。本系統電路較復雜，電源板要提供多個電平的電源給系統使用。底板的設計較為簡單，它把整個系統集成到一起。而擴展板設計主要是為了具體工程和項目需求而進行更改設計。

圖3 系統實物圖