1、引言
阿爾法磁譜儀(Alpha Magnetic Spectrometer,，AMS)實(shí)驗(yàn)室是丁肇中博士領(lǐng)導(dǎo)的由美,、俄、德,、法,、中等16個(gè)國家和地區(qū)共300多名科學(xué)家參加的大型國際合作項(xiàng)目,。它是國際空間站上唯一大型物理實(shí)驗(yàn),，是人類第一次在太空中精密地測量高能量帶電原子核粒子的實(shí)驗(yàn)。其目的是為尋找反物質(zhì)所組成的宇宙和暗物質(zhì)的來源以及測量宇宙線的來源,。
但是對于AMS實(shí)驗(yàn)的空間電子系統(tǒng),，同樣會受到高能粒子的襲擊，導(dǎo)致存儲器的內(nèi)容發(fā)生變化,，改寫半導(dǎo)體存儲器件的邏輯狀態(tài),，導(dǎo)致存儲單元在邏輯‘0’與‘1’之間發(fā)生翻轉(zhuǎn),，使存儲的關(guān)鍵數(shù)據(jù)出錯，控制程序跑飛等,。這對于AMS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來說,，是一個(gè)不容忽視的問題。因此,，我們采用二元BCH(31,，16)碼，能糾正三位隨機(jī)錯誤,，這種糾錯碼信息不需要儲存,，不需要反饋，實(shí)時(shí)性好,。
2,、編譯碼原理
對于空間電子系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題，我們進(jìn)行檢錯與糾錯,，其基本思想是在信息碼組中以一定規(guī)則加入不同方式的冗余碼,，以便在信息讀出的時(shí)候依靠多余的監(jiān)督碼或校驗(yàn)碼來發(fā)現(xiàn)或自動糾正錯誤。
2.1 編碼
編碼比較簡單,，二元BCH(31,，16)是GF(25)域上的線性分組碼，其中二進(jìn)制最高位m=5,，總信息長n=2m-1=31,，校驗(yàn)位數(shù)k=15，可糾錯位數(shù)t=3,，生成多項(xiàng)式g(x)為：
2.2 譯碼
譯碼過程比較復(fù)雜,，包括1)求伴隨多項(xiàng)式，2)系數(shù)計(jì)算電路,，3)錯誤位置計(jì)算電路,，其中最關(guān)鍵的是第三步，如圖1,。這里假設(shè)接收到的數(shù)據(jù)錯了三位,，第28、20,、17位發(fā)生了0／1偏轉(zhuǎn),，即
(1)求伴隨多項(xiàng)式
根據(jù)生成多項(xiàng)式與ai的最小多項(xiàng)式之間的關(guān)系，用φi(x)去除接收多項(xiàng)式R(x)而得到伴隨式分量,，即,，
(2)系數(shù)計(jì)算電路
令錯誤位置多項(xiàng)式
(3)錯誤位置計(jì)算
由上一步我們得出錯誤圖樣為：
因此原碼多項(xiàng)式為：
3、仿真與下載
對于上述編譯碼算法,，采用Verilog HDL可綜合語言來描述,，整個(gè)程序分為頂層模塊和底層模塊,，頂層模塊很簡單，主要完成底層模塊的調(diào)用和數(shù)據(jù)的復(fù)位,，編碼算法主要由底層模塊完成,。其中包括編譯碼算法主程序，撥碼開關(guān)控制程序,，液晶顯示程序,，系統(tǒng)函數(shù)PLL(鎖相環(huán))程序。系統(tǒng)利用兩個(gè)撥碼開關(guān)sw1,，sw2來控制編碼結(jié)果或譯碼結(jié)果的下載與顯示,。
圖2和圖3是編碼和譯碼的仿真圖，仿真工具用的是Modelsim 6.0,，編碼結(jié)果CX=0x69d8ba0e,，譯碼過程中，根據(jù)接收多項(xiàng)式RX=0x79caba0e以及最小多項(xiàng)式f1=0x25,，f3=0x3d,，f5=0x37，譯碼后得出錯誤多項(xiàng)式EX=0x10120000,，最后RX與EX相與得出CX_dec=0x69d8ba0e,，與原碼一致。圖4和圖5是下載后顯示到液晶屏的結(jié)果CX=0x69d8ba0e,，EX=0x10120000,，所用編譯工具是QuartusⅡ5.0，FPGA芯片采用的是Altera Cyclone EP1C6,，用到1個(gè)PLL,，引腳數(shù)15個(gè)，芯片資源耗用不超過5萬門,。
4,、結(jié)束語
BcH(31，16)編譯碼算法,，可以糾正3位錯誤,，用VerilogHDL可綜合語言描述以上的編碼糾錯過程，軟件仿真和硬件下載都證明了算法的正確性和可行性,。整套試驗(yàn)系統(tǒng)是模擬空間存儲器受到高能粒子的干擾而發(fā)生錯誤,，這對于我們AMS實(shí)驗(yàn)也是很關(guān)鍵的一步，現(xiàn)階段我們用到的防護(hù)措施是三倍冗余編碼糾錯,，但它占用的硬件資源比較多,，而本文中所研究的循環(huán)BCH碼能夠節(jié)省資源,，糾錯效果也很明顯,，所以它將會在AMS項(xiàng)目中得到實(shí)際的應(yīng)用,。