航天技术的进步为航天星载计算机系统设计带来新的挑战,随着星载计算机系统规模的不断增大、功能不断复杂,同时系统级封装等先进的系统封装技术得到广泛应用,航天领域对星载计算机系统的抗辐照能力的全面评估工作变得更加困难。相对于空间环境实验和地面模拟等效实验,计算机仿真技术可以在较高精度上模拟高能粒子在电路、器件上的作用过程,具有效率高、精度高等诸多优点,对研究单粒子效应作用机理,以及对星载计算机系统进行抗单粒子效应能力评估具有重要指导意义。因此,开展对单粒子效应仿真技术的研究以及在此基础上实现单粒子仿真工具的开发工作就具有重要的理论意义和实用价值。本课题以评估星载计算机系统的抗单粒子效应能力为背景,进行系统级单粒子效应仿真方法研究,并针对某航天研究所研制的OBC-SiP芯片,对目标系统中的核心部件开展建模工作以及对应的单粒子效应仿真研究工作。本文主要研究内容以及主要研究成果有以下几点:(1)完成对项目提供的OBC-SiP目标系统的模型搭建工作。针对实际目标系统的设计,将系统划分成数个功能模块,并依次对模块进行建模,包括LEON2处理器SPICE管级模型、Flash模块行为级模型、SRAM模块的行为级与晶体管级模型;对部分存储器(Flash、指令SRAM)进行模块级的三模冗余加固;对系统模块间的互连线进行SiP互连线建模;根据LEON2处理器和存储器的读写时序要求,完成系统模型搭建,最后通过仿真,验证了系统模型正确性。(2)提出了一种基于混合仿真工具的系统级单粒子效应仿真方法。通过对器件级、电路级、逻辑门级和RTL级仿真方法的了解,在电路级仿真的仿真思想基础上,结合器件级仿真以及RTL级仿真的优点,基于SPICE混合仿真工具,提出了一种面向大规模星载计算机系统的单粒子效应仿真方法。包含了单粒子脉冲注入模型的获得,电路敏感节点的提取与注入,单粒子效应的仿真以及仿真结果的比对和错误统计。(3)完成了一个单粒子效应仿真平台的设计与实现。基于本文所提出的单粒子效应仿真方法,进一步开展单粒子效应仿真平台的设计工作。该仿真平台基于Cadence公司IC仿真设计软件Mentor Graphics公司的Calibre与Synopsys公司的Finesim等EDA工具,基于Qt图形界面开发框架采用C++语言开发而成,利用Perl和Shell脚本语言,实现对电路系统的单粒子效应的故障注入与仿真分析。(4)完成了对OBC-SiP目标系统中不同模块的单粒子效应注入仿真分析。依据本文介绍的单粒子效应仿真方法,对搭建的OBC-SiP目标系统进行了单粒子效应仿真分析工作。分别对目标系统中的处理器模块、指令SRAM模块、SiP互连结构进行单粒子故障注入仿真分析。最后针对单粒子穿透多芯片的现象,对系统模块进行多片穿透仿真,为地面实验无法开展的单粒子穿透现象提供仿真思路。