Software based memory correction for a miniature satellite in low-Earth orbit

• Main Authors: Wikman, John, Sjöblom, Johan
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för datavetenskap och kommunikation (CSC) 2017
• Subjects: Computer Sciences; Datavetenskap (datalogi)
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-209665

The harsh radiation environment of space is known to cause bit flips in computer memory. The conventional way to combat this is through error detection and correction (EDAC) circuitry, but for low-budget space missions software EDAC can be used. One such mission is the KTH project Miniature Student Satellite (MIST), which aims to send a 3U CubeSat into low-Earth orbit. To ensure a high level of data reliability on board MIST, this thesis investigates the performance of different types of EDAC algorithms. First, a prediction of the bit flip susceptibility of DRAM memory in the planned trajectory is made. After that, data reliability models of Hamming and Reed-Solomon (RS) codes are proposed, and their respective running times on the MIST onboard computer are approximated. Finally, the performance of the different codes is discussed with regards to data reliability, memory overhead, and CPU usage. The findings of this thesis suggest that using an EDAC algorithm would greatly increase the data reliability. Among the codes investigated, three good candidates are RS(28,24), RS(196,192) and RS(255,251), depending on how much memory overhead can be accepted. === Rymdens strålningsmiljö är känd för att orsaka bitflippar i datorminnen. Vanligtvis motverkas detta genom att felrättande hårdvara installeras på satelliten, men för lågkostnadssatelliter kan rättningen istället skötas i mjukvaran. Ett exempel på en sådan satellit är KTH-projektet Miniature Student Satellite (MIST), vars mål är att skicka upp en 3U CubeSat i låg omloppsbana. Den här uppsatsen undersöker hur olika felrättningsalgoritmer kan användas för att skydda data ombord på satelliten från att bli korrupt. Först görs en uppskattning av hur strålningskänsliga DRAM minnen är i den planerade omloppsbanan. Därefter föreslås datakorruptionsmodeller för Hamming- och Reed-Solomonkoder (RS) tillsammans med en uppskattning av deras respektive körtider på satellitens omborddator. Slutligen diskuteras de föreslagna koderna med hänsyn till datakorruptionsskydd, minnesanvändning och processoranvändning. Uppsatsens slutsats indikerar att användandet av felrättningsalgoritmer kraftigt minskar risken för datakorruption. Bland de koder som undersökts framstår RS(28,24), RS(196,192) och RS(255,251) som de bästa alternativen, beroende på hur mycket extra minnesanvändning som är acceptabelt.