一种适用于抗辐照图像传感器的寄存器配置控制系统

技术领域

本发明涉及一种适用于抗辐照图像传感器的寄存器配置控制系统，属于航天遥感技术领域。

背景技术

微电子技术的迅猛发展和航天科技的进步，互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路(IC)技术在各种航天器和空间平台中得到了广泛地运用，无论是对设备的控制或者是对数据的存储和处理等，都在很大程度上依赖于集成电路技术，而这些设备所运行的空间环境是一个充满各种离子射线的辐射环境。空间飞行器运行在这样的辐射环境中时，设备中的电子器件就很容易受到各种高能离子的辐射影响，引起其信息处理系统的功能异常甚至是电子器件的损毁，从而大大降低了空间飞行器运行的可靠性。如何提高集成电路在辐射环境下工作的可靠性，成为了一个研究的热点。

寄存器作为集成电路中非常重要的存储单元，对辐射效应尤为敏感，对寄存器的抗辐射加固制约着数字存储类和逻辑类集成电路的抗辐射性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于抗辐照图像传感器的寄存器配置控制系统，解决了大靶面图像传感器单粒子翻转问题，解决了大靶面图像传感器控制寄存器分区域控制问题。

本发明的技术解决方案是：一种适用于抗辐照图像传感器的寄存器配置控制系统，包括复位控制模块、时钟信号均衡控制模块、串行控制多路选择器模块、串行控制从机接口模块、寄存器码表三模冗余控制模块、三模冗余寄存器模块、影子寄存器模块、状态寄存器模块、寄存器刷新策略控制模块、外部信号同步检测模块、图像传感器成像区域寄存器配置控制总线和图像传感器成像区域寄存器配置控制模块和成像信号生成控制模块；

所述复位控制模块用于接收外部管脚输入复位信号，参考外部时钟信号，产生内部同步复位信号和内部时钟信号，并发送至时钟信号均衡控制模块串行数据读写控制从机接口模块；

所述时钟信号均衡控制模块，对内部同步复位信号和内部时钟信号，进行驱动能力及扇出控制，送出经过信号均衡控制的后的内部同步复位信号和内部时钟信号；

所述串行控制多路选择器模块，完成外部多路串行控制信号的选择控制；接收外部串行控制主机接口送出的串行信号，并根据内部寄存器状态，将串行信号送出到相应图像传感器成像区域寄存器配置控制模块；接收多个图像传感器成像区域寄存器配置控制模块反馈的串行输入数据信号，并根据内部寄存器状态，将串行输入数据信号送出到串行控制主机接口；可根据内部寄存器状态，对外部抗辐照加固存储器进行读写控制；

所述串行控制从机接口模块用于复位完成后，在内部时钟控制下，检测串行控制多路选择器模块送出的串行时钟信号、串行使能信号、串行输出数据信号，完成寄存器解析后，将寄存器送出到寄存器码表三模冗余控制模块；

所述寄存器码表三模冗余控制模块用于在寄存器配置完成后，判断特殊寄存器状态值：若为开启三模冗余控制模式，则根据外部输入脉冲触发信号，生成三个寄存器模块的读写控制信号，然后对三个读入的寄存器进行三取二操作，并将结果输出到相应的寄存器；若非三模冗余控制模式，则不进行任何操作；

所述三模冗余寄存器模块，配置三个独立的寄存器块，根据寄存器码表三模冗余控制模块输出读写控制时序，实现寄存器块内相应寄存器的读写控制；

所述影子寄存器模块用于缓存各电路模块所需状态寄存器值；

所述状态寄存器模块用于为各电路模块状态寄存器分配地址空间，存储各电路模块寄存器状态值；

所述寄存器刷新策略控制模块用于对各电路模块所需状态寄存器进行分类，根据状态寄存器类型，并对其进行分类控制刷新；

所述外部信号同步检测模块用于检测外部输入控制信号，并生产内部控制标识，完成外部信号到内部信号转换；

所述图像传感器成像区域寄存器配置控制总线用于串行控制多路选择器模块对图像传感器成像区域寄存器配置控制模块进行信息交互；

所述图像传感器成像区域寄存器配置控制模块用于对本图像传感器成像区域内状态寄存器进行读写及刷新控制；

所述成像信号生成控制模块生成成像电路所需要时序信号，用于控制成像电路工作。

进一步地，所述时钟信号均衡控制模块，接收复位控制模块输出的内部同步复位信号和内部时钟信号，设置其驱动能力并进行扇出控制，送出经过信号均衡控制的后的内部同步复位信号和内部时钟信号。

进一步地，所述串行控制多路选择器模块，接收外部串行控制主机接口送出的串行时钟信号、串行使能信号、串行输出数据信号、三模冗余使能信号和三模冗余更新信号，并根据内部寄存器状态，将串行时钟信号、串行使能信号、串行输出数据信号、三模冗余使能信号和三模冗余更新信号送出到相应图像传感器成像区域寄存器配置控制模块；接收多个图像传感器成像区域寄存器配置控制模块反馈的串行输入数据信号，并根据内部寄存器状态，将串行输入数据信号送出到串行控制主机接口；可根据内部寄存器状态，将图像传感器成像区域寄存器状态值写入外部抗辐照加固存储器，或从外部抗辐照加固存储器读取图像传感器成像区域寄存器状态值，并通过图像传感器成像区域寄存器配置控制总线分发到相应图像传感器成像区域寄存器配置控制模块。

进一步地，所述串行数据读写控制从机接口模块检测的外部输入串行信号包括串行时钟信号、串行使能信号和串行输入数据信号。

进一步地，所述串行数据读写控制从机接口模块若检测到串行使能信号低电平期间，在串行时钟信号上升沿下锁存串行输入数据信号到移位寄存器内，若在串行使能信号低电平期间包含24个上升沿，则接收完成24bit数据，其中第24bit至10bit为地址位，第9bit为控制标志，第8bit至1bit为数据位；所述第9bit为控制标志若为1时，为相应地址接收外部输入8bit寄存器值；若为0时，为输出8bit内部寄存器值到串行输出数据信号。

进一步地，所述三模冗余寄存器模块配置三个独立的寄存器块，三个独立的寄存器块为相同的寄存器模块，在图像传感器版图设时，确保三个独立的寄存器块之间设置大于0.5mm间隙。

进一步地，所述影子寄存器模块内部设置影子寄存器分组一和影子寄存器分组二，分组一寄存器为8bit位宽，分组二寄存器根据各电路模块需要设置寄存器位宽，根据状态寄存器类型，寄存器分组一刷新到寄存器分组二。

进一步地，所述地址空间包括四段；第一段地址空间分配为模拟电路；第二段地址空间分配为时序控制电路；第三段地址空间分配为寄存器预留；第四段地址空间分配为三模冗余刷新控制。

进一步地，对状态寄存器进行分类为立即刷新寄存器、行刷新寄存器、帧刷新寄存器和外部控制刷新寄存器；其中立即刷新寄存器直接从影子寄存器获得，行刷新寄存器在图像传感器行信号上升沿下从影子寄存器获得，帧刷新寄存器在图像传感器帧信号上升沿下从影子寄存器获得，外部控制刷新寄存器在图像传感器外部触发信号上升沿下从影子寄存器获得。

进一步地，所述图像传感器成像区域寄存器配置控制总线根据图像传感器版图大小，设置多组，每组总线包含串行时钟信号、串行使能信号、串行输出数据信号、串行输入数据信号、三模冗余使能信号和三模冗余更新信号；

所述图像传感器成像区域寄存器配置控制模块，根据图像传感器版图大小，设置多组，每组控制模块包含一个串行控制从机接口模块、一个寄存器码表三模冗余控制模块、一个三模冗余寄存器模块、一个影子寄存器模块、一个状态寄存器模块、一个寄存器刷新策略控制模块和一个外部信号同步检测模块；

所述成像信号生成控制模块，根据状态寄存器值，实时生成图像传感器所需时序信号，包含像素时序信号、曝光控制信号、帧同步信号、行同步信号、量化控制信号和可动态配置控制信号。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过设计串行控制多路选择器、图像传感器成像区域寄存器配置控制总线、图像传感器成像区域寄存器配置控制模块，实现大靶面图像传感器控制寄存器分区域的控制；

(2)本发明通过设计影子寄存器模块分组控制策略，实现复杂寄存器组同步刷新控制；

(3)本发明通过寄存器码表三模冗余控制模块、寄存器组版图设计间隙控制，实现大靶面图像传感器抗单粒子翻转。

附图说明

图1、2为本发明系统示意图；

图3为本发明系统工作流程示意图；

图4为本发明串行控制从机接口寄存器写入时序图；

图5为本发明串行控制从机接口寄存器读取时序图；

图6为本发明控制模拟电路寄存器更新框图；

图7为本发明控制数字电路寄存器更新框图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种适用于抗辐照图像传感器的寄存器配置控制系统做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～7所示)：复位控制模块、时钟信号均衡控制模块、串行控制多路选择器模块、串行控制从机接口模块、寄存器码表三模冗余控制模块、三模冗余寄存器模块、影子寄存器模块、状态寄存器模块、寄存器刷新策略控制模块、外部信号同步检测模块、图像传感器成像区域寄存器配置控制总线和图像传感器成像区域寄存器配置控制模块和成像信号生成控制模块。其中：

复位控制模块用于接收外部管脚输入复位信号，参考外部时钟信号，产生内部同步复位信号和内部时钟信号，并发送至时钟信号均衡控制模块串行数据读写控制从机接口模块。

时钟信号均衡控制模块，对内部同步复位信号和内部时钟信号，进行驱动能力及扇出控制，送出经过信号均衡控制的后的内部同步复位信号和内部时钟信号；

串行控制多路选择器模块，完成外部多路串行控制信号的选择控制；接收外部串行控制主机接口送出的串行信号，并根据内部寄存器状态，将串行信号送出到相应图像传感器成像区域寄存器配置控制模块；接收多个图像传感器成像区域寄存器配置控制模块反馈的串行输入数据信号，并根据内部寄存器状态，将串行输入数据信号送出到串行控制主机接口；可根据内部寄存器状态，对外部抗辐照加固存储器进行读写控制；

串行控制多路选择器模块，接收外部串行控制主机接口送出的串行时钟信号、串行使能信号、串行输出数据信号、三模冗余使能信号和三模冗余更新信号，并根据内部寄存器状态，将串行时钟信号、串行使能信号、串行输出数据信号、三模冗余使能信号和三模冗余更新信号送出到相应图像传感器成像区域寄存器配置控制模块；接收多个图像传感器成像区域寄存器配置控制模块反馈的串行输入数据信号，并根据内部寄存器状态，将串行输入数据信号送出到串行控制主机接口；可根据内部寄存器状态，将图像传感器成像区域寄存器状态值写入外部抗辐照加固存储器，或从外部抗辐照加固存储器读取图像传感器成像区域寄存器状态值，并通过图像传感器成像区域寄存器配置控制总线分发到相应图像传感器成像区域寄存器配置控制模块。串行数据读写控制从机接口模块检测的外部输入串行信号包括串行时钟信号、串行使能信号和串行输入数据信号。

串行数据读写控制从机接口模块若检测到串行使能信号低电平期间，在串行时钟信号上升沿下锁存串行输入数据信号到移位寄存器内，若在串行使能信号低电平期间包含24个上升沿，则接收完成24bit数据，其中第24bit至10bit为地址位，第9bit为控制标志，第8bit至1bit为数据位。

如图4所示，第9bit为控制标志若为“1”时，为相应地址接收外部输入8bit寄存器值；如图5所示，若为“0”时，为输出8bit内部寄存器值到串行输出数据信号。

寄存器码表三模冗余控制模块：寄存器配置完成后，判断特殊寄存器状态值，若为开启三模冗余控制，则根据外部输入脉冲触发信号，生成读写三个寄存器模块的控制信号，然后对三个读入的寄存器进行三取二操作，并将结果输出到响应的寄存器；若为三模冗余控制，则不进行任何操作。

寄存器模块：存器分段设计，第一段地址空间分配为模拟电路；第二段地址空间分配为时序控制电路；第三段地址空间分配为寄存器预留；第四段地址空间分配为三模冗余刷新控制。寄存器分类：模拟电路寄存器立即更新；时序部分寄存器控制刷新，通过设置特殊寄存器实现。

寄存器刷新策略控制模块：对寄存器进行刷新分类为立即刷新寄存器、行刷新寄存器、帧刷新寄存器和外部控制刷新寄存器。

外部信号同步检测模块用于检测外部输入控制信号，并生产内部控制标识，完成外部信号到内部信号转换

图像传感器成像区域寄存器配置控制总线用于串行控制多路选择器模块对图像传感器成像区域寄存器配置控制模块进行信息交互；

图像传感器成像区域寄存器配置控制模块用于对本图像传感器成像区域内状态寄存器进行读写及刷新控制；

成像信号生成控制模块生成成像电路所需要时序信号，用于控制成像电路工作。

所述外部信号同步检测模块用于检测外部输入控制信号，并生产内部控制标识，完成外部信号到内部信号转换；

所述图像传感器成像区域寄存器配置控制总线用于串行控制多路选择器模块对图像传感器成像区域寄存器配置控制模块进行信息交互；

所述图像传感器成像区域寄存器配置控制模块用于对本图像传感器成像区域内状态寄存器进行读写及刷新控制；

所述成像信号生成控制模块生成成像电路所需要时序信号，用于控制成像电路工作。

在本申请实施例所提供的方案中，复位控制模块、串行数据读写控制从机接口模块、寄存器码表三模冗余控制模块、寄存器模块、寄存器刷新策略控制模块和外部信号同步检测模块。其中：

所述复位控制模块：异步复位，同步释放。接收外部管脚输入复位信号，参考时钟信号，产生本地同步复位信号。

串行控制多路选择器模块，接收外部串行控制主机接口送出的串行时钟信号、串行使能信号、串行输出数据信号、三模冗余使能信号和三模冗余更新信号，并根据内部寄存器状态，将串行时钟信号、串行使能信号、串行输出数据信号、三模冗余使能信号和三模冗余更新信号送出到相应图像传感器成像区域寄存器配置控制模块；接收多个图像传感器成像区域寄存器配置控制模块反馈的串行输入数据信号，并根据内部寄存器状态，将串行输入数据信号送出到串行控制主机接口；可根据内部寄存器状态，将图像传感器成像区域寄存器状态值写入外部抗辐照加固存储器，或从外部抗辐照加固存储器读取图像传感器成像区域寄存器状态值，并通过图像传感器成像区域寄存器配置控制总线分发到相应图像传感器成像区域寄存器配置控制模块。串行数据读写控制从机接口模块检测的外部输入串行信号包括串行时钟信号、串行使能信号和串行输入数据信号。

串行数据读写控制从机接口模块若检测到串行使能信号低电平期间，在串行时钟信号上升沿下锁存串行输入数据信号到移位寄存器内，若在串行使能信号低电平期间包含24个上升沿，则接收完成24bit数据，其中第24bit至10bit为地址位，第9bit为控制标志，第8bit至1bit为数据位。

如图4所示，第9bit为控制标志若为“1”时，为相应地址接收外部输入8bit寄存器值；如图5所示，若为“0”时，为输出8bit内部寄存器值到串行输出数据信号。

所述寄存器码表三模冗余控制模块：寄存器配置完成后，判断特殊寄存器状态值，若为开启三模冗余控制，则根据外部输入脉冲触发信号，生成读写三个寄存器模块的控制信号，然后对三个读入的寄存器进行三取二操作，并将结果输出到响应的寄存器；若为三模冗余控制，则不进行任何操作。

所述寄存器模块：存器分段设计，第一段地址空间分配为模拟电路；第二段地址空间分配为时序控制电路；第三段地址空间分配为寄存器预留；第四段地址空间分配为三模冗余刷新控制。

所述寄存器刷新策略控制模块：对寄存器进行刷新分类为立即刷新寄存器、行刷新寄存器、帧刷新寄存器和外部控制刷新寄存器。其中立即刷新寄存器直接从影子寄存器获得，行刷新寄存器在图像传感器行信号上升沿下从影子寄存器获得，帧刷新寄存器在图像传感器帧信号上升沿下从影子寄存器获得，外部控制刷新寄存器在图像传感器外部触发信号上升沿下从影子寄存器获得。

所述外部信号同步检测模块用于检测外部输入控制信号，并生产内部控制标识，完成外部信号到内部信号转换；

所述图像传感器成像区域寄存器配置控制总线用于串行控制多路选择器模块对图像传感器成像区域寄存器配置控制模块进行信息交互；

所述图像传感器成像区域寄存器配置控制模块用于对本图像传感器成像区域内状态寄存器进行读写及刷新控制；

所述成像信号生成控制模块生成成像电路所需要时序信号，用于控制成像电路工作。如图6，模拟电路寄存器为立即刷新寄存器，直接更新；

如图7，数字电路寄存器为控制刷新寄存器，根据具体需要，可设置为行刷新寄存器、帧刷新寄存器或外部控制刷新。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。