当无人机飞向高空、极地、近太空,乃至核应急、太空探索等极端环境时,它们将遭遇常规电子设备的天敌:电离辐射。高能粒子可能引发单粒子翻转、门锁,导致数据错误甚至硬件永久损坏。此时,采用商用级器件的传统冗余设计可能同时失效。耐辐射PolarFire FPGA的出现,为这类任务提供了关键的“硅基盾牌”。

辐射对芯片的影响主要有两类:总剂量效应(TID,长期累积导致性能衰退)和单粒子效应(SEE,高能粒子瞬时冲击引发软错误或硬损伤)。耐辐射FPGA通过特殊工艺、设计和筛选,显著提升了抗辐射能力。
在双冗余飞控系统中,耐辐射FPGA扮演着至关重要的角色:
高可靠性的“仲裁者”与“监控员”:它可以作为双核或多核主处理器的锁步比较器,实时比对两个核心的执行结果,一旦出现因辐射导致的瞬态错误,可立即触发纠错或切换。同时,它可独立运行健康监控单元,持续诊断系统中其他关键部件的状态。
关键功能的“硬化备份”:可将最核心、最简练的飞行控制律(如姿态稳定)直接“烧制”在耐辐射FPGA中。即使主处理器因辐射或其它原因完全失效,FPGA仍能接管基础飞行控制,实现“最小安全返航”或“安全悬停”,为地面干预赢得时间。
接口与通信的“可靠枢纽”:FPGA擅长处理多路、高并发的接口协议。用耐辐射FPGA管理传感器(IMU, GPS)数据采集和作动器(电调)控制信号,可以为整个系统提供一道可靠的数据通路屏障,防止I/O部分受干扰而影响全局。
例如,结合了ARM Cortex-A53应用处理器与耐辐射PolarFire FPGA的瑞苏盈科高端控制器方案,就构成了一个“刚柔并济”的体系:A53处理复杂智能任务,FPGA确保核心控制的绝对可靠与接口安全。这为在辐射、低温、高压等极端环境下执行任务的无人机,提供了在“硅基”层面的生存与完成任务的根本保障。