9.1.1 元器件选择要求
9.1.1.1 元器件选择需求
星载嵌入式计算机选用宇航元器件的可靠性是由其固有可靠性和应用可靠性组成的，前者主要由元器件研制方在元器件设计、工艺、原材料的选用等过程中的质量控制决定；后者则主要由元器件应用方在元器件研制完成后，对元器件的选择、采购和使用等过程的质量控制决定。历史上宇航元器件失效分析的统计数据表明，由于固有缺陷导致元器件失效（固有失效或本质失效）与选择、采购或使用不当造成元器件失效（误用失效）几乎各占50%。因此，在提高元器件固有可靠性的同时，必须提高元器件的应用可靠性。
从20世纪70年代开始，我国国防工业领导部门就采取措施提高宇航元器件的固有可靠性。例如，20世纪70年代末期实施的“七专”（专人、专机、专料、专批、专检、专技、专卡）质量控制；20世纪80年代中期开始准备，20世纪90年代逐步实施的贯彻国家军用标准（简称“国军标”）；中国航天科技集团公司五院、中国航天科技集团公司八院均形成院级宇航电子元器件优先选用目录（CAST、SAST），对宇航元器件的选用、采购、监制与验收、筛选与复验、失效分析进行统一管控；“十三五”以来，宇航标准（简称“宇标”）的建立、推广到逐步开始实施，都对提高宇航元器件的可靠性起了积极的作用。
国产元器件的固有可靠性提高后，如何保证其应用可靠性就显得更为重要和迫切。1996年以后在航天系统推广的元器件“五统一”（统一选用、统一采购、统一监制与验收、统一筛选与复验、统一失效分析）管理，就是元器件应用方为提高元器件应用可靠性所采取的管理措施。保证元器件的应用可靠性，必须从源头抓起，“五统一”管理将“统一选用”放在首位，说明对元器件应用方来说，元器件应用可靠性的源头是元器件的选择与应用。元器件选用控制的目标在于正确选择和使用元器件，并采取其他控制措施，保证元器件在航天产品的全寿命周期内满足航天产品的可靠性要求。
9.1.1.2 元器件选择原则
1）最大限度压缩品种与研制单位
宇航元器件具有品种多、用量少和质量要求高等特点，必须尽可能优选压缩元器件品种（型号、规格）和研制单位，以便于相对集中地投资，加强管理，保证质量。
2）优先从“选用目录”“优选目录”中选择
通过宇航元器件长期的应用实践，总体院根据各自型号任务特点，已制定了院级选用目录或按基于型号的元器件优选目录。另外，中国航天标准化研究所统筹各院情况，已逐步建立、形成宇航元器件标准目录并推广应用。这些优选目录对宇航元器件的选用具有极大的指导作用，因此开展星载嵌入式计算机的元器件选型工作时应优先从目录中选择。
3）选择通过认证的品种和研制单位
我国军用、宇航元器件采用鉴定的方式开展品种、产线认定。通过各级宇航标准鉴定认证的元器件品种（型号、规格）和研制单位，能够证明元器件的质量符合宇航应用要求，其生产单位具备生产高质量宇航元器件的能力。
4）优先选择工艺成熟元器件
星载嵌入式计算机应优先选择工艺成熟、已成功使用、工艺先进的元器件。尽量避免使用新研制的（新品种）元器件。当使用新品种元器件时，应经过严格的考核，并按航天元器件质量控制的规范或采购文件要求，鉴定合格方能用于航天正样产品或试样产品。
5）优先选择国产元器件
为避免受制于人、“卡脖子”等被动局面，自主可控已成为宇航型号装备的必然要求。“十一五”以来，我国通过核高基科技重大专项实施及相关持续投入，国产宇航元器件的产品谱系已得到较大完善、核心技术自主可控能力大幅提升。星载嵌入式计算机的研制，应优先选用国产元器件开展设计。
9.1.1.3 元器件选择方法
1）元器件功能性能的选择
基于星载嵌入式计算机的各项功能、性能、可靠性指标进行分解，形成对元器件的指标要求。随着时间、环境的变化，应考虑最恶劣工作条件与寿命末期对元器件指标参数的要求，确保元器件各项指标可支撑星载嵌入式计算机可靠工作。
2）元器件抗辐照能力的选择
星载嵌入式计算机工作于空间环境，在进行宇航元器件选择时须重点考虑空间环境单粒子、总剂量等效应，梳理对元器件的单粒子、总剂量等抗辐射能力要求，作为元器件选型的关键指标。
9.1.1.4 元器件质量等级
宇航元器件的质量等级是表征元器件固有质量的重要指标之一，宇航领域选用国产、进口元器件的主要质量等级介绍如下。
1）国产元器件质量等级
国产元器件质量等级是元器件标准体系的重要组成元素，规定了一类元器件通用的设计和工艺要求、质量等级要求、质量保证规定、检验和试验方法等，是元器件生产、采购和保证的重要依据。
宇航领域国产元器件质量等级包括企标、企军标、国军标、宇航院标和宇航标准等，见表9- 1。
表9-1 国产元器件质量等级
2）美军标元器件质量等级
美军标元器件针对不同大类分别设置质量等级，见表9- 2。
表9-2 美军标元器件质量等级
9.1.1.5 宇航元器件具体选用
根据现有宇航型号中各类星载嵌入式计算机的设计状态，选用的宇航元器件具体可分为八大类，即CPU处理器、DSP信号处理器、FPGA、存储器、总线控制器、接口电路、AD/DA转换器、DC/DC转换器及配套EMI滤波器。
1）CPU处理器
CPU处理器在各类星载嵌入式计算机中应用广泛，主要完成星务管理、遥测遥控、信息处理等功能，多应用于控制数管计算机、综合电子计算机、管理扩展单元等产品上。
目前CPU处理器常用型号主要包括8位80C32、16位1750、32位SPARC V7和V8系列CPU，同时我国已有相应抗辐照CPU产品，包括抗辐照80C32、抗辐照SPARC V8。国产化航天用CPU产品的设计研发水平能满足目前型号应用需求，已逐步在型号中实现国产化替代。
2）DSP信号处理器
在星载嵌入式计算机中，DSP信号处理器主要完成数字信号处理、图像处理和视频压缩等功能。目前航天应用主要分布于载荷处理器、图像处理器和高性能计算机等产品中。
星载嵌入式计算机主要选用TI和ADI的DSP器件。TI公司的DSP目前应用性能指标较高的为C64XX系列；典型DSP型号有TI公司的C6455，其主频为1.2 GHz，运算性能9 600 MIPS。
国内DSP研制单位已完成6701、6672、6678等高性能DSP处理器的国产化研制，总体来说，我国DSP产品的设计研发水平正逐步提高，将逐步实现在宇航型号的应用。
3）FPGA
宇航领域星载嵌入式计算机选用FPGA分为反熔丝型FPGA、SRAM型FPGA两大类，反熔丝型FPGA用于平台管理和控制，SRAM型FPGA用于数据处理、高性能计算等场景。
反熔丝型FPGA主要用于实现星载嵌入式计算机的总线控制、接口管理等功能，目前主要选用美国ACTEL公司3.2万门级、7.2万门级、50万门级和200万门级等进口产品。SRAM型FPGA主要用于实现星载嵌入式计算机存储控制、数据处理和高速传输等功能，选型涵盖Xilinx公司十万、百万门级Virtex、VirtexⅡ，千万门级VirtexⅣ、VirtexⅤ，亿门级Kintex 7、Virtex 7等系列产品。
对于SRAM型FPGA，我国多个研制厂家已逐步完成抗辐照Kintex 7、Virtex 7产品研制，正在逐步开展应用验证与型号推广工作。而由于反熔丝型FPGA工艺较为复杂，目前已完成国产7.2万门级反熔丝型FPGA研制，正在开展50万门级、200万门级产品攻关。
4）存储器
星载嵌入式计算机选用的存储器主要分为非易失性存储器与易失性存储器两大类。
星载嵌入式计算机选用非易失性存储器，主要包括PROM、EEPROM及NOR Flash。PROM主要存储小容量引导、监控程序，应用程序主要存储在EEPROM或NOR Flash中。目前，我国厂家已完成28F256、17V16、6664等PROM存储器研制，并在各类型号计算机产品中广泛应用。国产16 Mbit、32 Mbit容量JFM29LV160、JFM29LV320型NOR Flash也已在部分型号中使用。
对于易失性存储器，目前星载嵌入式计算机用SRAM型FPGA，主要包括9Q512、9Q512K32系列SRAM和3D PLUS的3DSR4M08、3DSR16M32等。对于SDRAM存储器，当前主要选用3D PLUS的3DSD1G32、3DSD4G08等。随着我国元器件厂家研制、工艺水平的不断提升，多个国内厂家已逐步实现国产SRAM、SDRAM、DDR等存储器的自主研发，后续将在宇航领域逐步推广应用。
5）总线控制器
星载嵌入式计算机目前选用的总线接口类器件主要包括1553B、RapidIO、PCIE、CAN总线和以太网等。其中，1553B主要作为平台总线；而载荷总线则以RapidIO、PCIE、以太网为主；CAN总线一般用于微纳卫星、商业卫星。
目前航天型号用总线接口类器件已具备国产自主可控能力。1553B总线芯片方面，国产控制芯片技术指标与对标产品相当，已应用于现有型号。RapidIO总线主要面向高速数据传输的机内互连，主要解决大数据吞吐量等机内数据互连的应用问题。目前高速RapidIO交换芯片的种类较少，较为常用的是IDT公司的CPS-1848。该芯片采用48路双向RapidIO端口组成Switch结构，单通道最大速率可达6.125 Gbps，峰值交互吞吐量可达240 Gbit/s。
6）接口电路
航天型号目前选用的接口电路元器件主要包括指令驱动器件、内部接口器件、RS-422器件、LVDS器件，已基本实现国产化自主可控。
指令驱动芯片后续将逐步向更高集成度发展，极大地提升了单芯片内的指令驱动路数。高速差分驱动芯片主要由现有LVDS芯片向更高速的TLK2711、TLK3118发展，并逐步实现国产化。
7）AD、DA转换器
目前AD、DA转换器的应用主要分为两大类，即低速AD、DA转换器用于模拟量采集、模拟量控制，高速AD、DA转换器用于数字化中频处理等测控通信领域。现阶段航天型号选用的AD/DA转换器主要以AD、ST、E2V公司的产品为主；我国目前在高速、高精度AD/DA转换器方面开展的研究与国外相比还有较大的差距，但低速器件已研制出多款相对应的产品，主要集中在少数几家单位。
由于星载嵌入式计算机处理能力和复杂性的提高，测控通信用器件主要发展趋势向更高速、高精度方面发展，而低功耗的特性要求其工作电压由现在的5 V/3.3 V逐步降低到3.3 V/2.5 V。同时AD转换速率将由现有的16 bit/50 M提升到16 bit/500 M，DA的转换速率也将由现有的14 bit/400 M提升到16 bit/500 M，从而满足了航天型号不断发展的需求。
8）DC/DC转换器及配套EMI滤波器
DC/DC转换器及配套EMI滤波器在星载嵌入式计算机中被广泛使用，接收卫星直流28 V、42 V一次母线电源，并转换为3.3 V、5 V、12 V等二次电源，为星载嵌入式计算机内部各功能模块、电子元器件进行供电。
目前宇航领域选用的DC/DC转换器及配套EMI滤波器主要为INTERPOINT公司和VPT公司的产品。在实际应用层面，各航天院所选用的产品主要为28 V/42 V中低压DC/DC转换器，输出功率主要涵盖5～120 W，输出电压覆盖3.3 V、5 V、12 V等电平。EMI滤波器须与DC/DC转换器配套应用，根据工作电流可分为1 A、1.5 A、2 A、3 A、5 A、15 A等系列产品。
目前，我国厂家已完成各系列抗辐照中低压DC/DC转换器、EMI滤波器研制，可与INTERPOINT和VPT对标产品进行插拔替换，已在多个型号中完成地面验证与在轨飞行，满足型号应用要求。