一种SRAM型FPGA抗软错误物理设计方法

针对SRAM(Static Random Access Memory)型FPGA单粒子翻转引起软错误的问题,该文分析了单粒子单位翻转和多位翻转对布线资源的影响,提出了可以减缓软错误的物理设计方法。 通过引入布线资源错误发生概率评价布线资源的软错误,并与故障传播概率结合计算系统失效率,驱动布局布线过程。实验结果表明,该方法在不增加额外资源的情况下,可以降低系统软错误率约18%,还可以有效减缓多位翻转对系统的影响。     

倒装SRAM型FPGA单粒子效应防护设计验证

在倒装芯片的单粒子效应防护设计验证中,重离子在到达器件敏感区前要经过几百微米的衬底材料,需要计算器件敏感区中离子的线性能量传输(LET)值。采用兰州重离子加速器加速的55 MeV/μ58Ni离子对基于倒装的Xilinx公司550万门现场可编程门阵列(FPGA)实现的典型系统的单粒子效应防护设计进行了试验验证,采用SRIM、FLUKA和GEANT等不同方法对试验中的LET值进行了分析,同时将SRIM分析的典型结果与基于磁偏转飞行时间法的试验数据进行了比较,发现与现有的重离子分析结果有一定差异。因此在防护验证中采用离子LET作为主要参数的情况下,应对重离子(尤其是高能段)的LET的计算方法进行约定,以规范试验过程,增强数据的可比性。     

星载Flash型FPGA单粒子翻转加固试验研究

针对低等级器件抗辐射能力较差的特点,需开展应用加固以满足宇航应用,对一款Flash型现场可编程门阵列(FPGA)开展抗单粒子翻转(SEU)加固设计,并利用地面模拟试验进行加固效果验证,结果表明器件加固后块随机存储器(BRAM)区翻转截面下降近2个数量级,寄存器单粒子翻转截面下降约75%,验证了加固措施的有效性。结合典型轨道环境,计算了器件在轨翻转率,BRAM区翻转率下降4~5个量级,寄存器翻转率下降2~3个量级,可为在轨应用提供指导。     

SRAM型FPGA单粒子翻转模拟系统研究

SRAM型FPGA在空间辐照环境下,容易受到单粒子效应的影响,导致FPGA存储单元发生位翻转,翻转达到一定程度会导致功能错误。为了评估FPGA对单粒子效应的敏感程度和提高FPGA抗单粒子的可靠性,对实现故障注入的关键技术进行了研究,对现有技术进行分析,设计了单粒子翻转效应敏感位测试系统,利用SRAM型FPGA部分重配置特性,采用修改FPGA配置区数据位来模拟故障的方法,加速了系统的失效过程,实现对单粒子翻转敏感位的检测和统计,并通过实验进行验证,结果表明:设计合理可行,实现方式灵活,成本低,为SRAM型FPGA抗单粒子容错设计提供了有利支持。     

SRAM单元单粒子翻转效应的电路模拟

在三维器件数值模拟的基础上,以经典的双指数模型为原型通过数值拟合得到了单粒子效应瞬态电流脉冲的表达式,在理论分析的基础上,引入了描述晶体管偏压和瞬态电流关系的方程,并将其带入电路模拟软件HSPICE中进行SRAM存储单元单粒子翻转效应的电路模拟,最后分别使用电路模拟和混合模拟两种方法得到了存储单元的LET阈值,通过在精度和时间开销上的对比,验证了这种模拟方法的实用性.     

SRAM单元单粒子翻转效应的电路模拟

在三维器件数值模拟的基础上,以经典的双指数模型为原型通过数值拟合得到了单粒子效应瞬态电流脉冲的表达式,在理论分析的基础上,引入了描述晶体管偏压和瞬态电流关系的方程,并将其带入电路模拟软件HSPICE中进行SRAM存储单元单粒子翻转效应的电路模拟,最后分别使用电路模拟和混合模拟两种方法得到了存储单元的LET阈值,通过在精度和时间开销上的对比,验证了这种模拟方法的实用性.     

28 nm超大规模FPGA的BRAM单粒子效应测试方法研究

为了建立一种28 nm工艺超大规模SRAM型FPGA块随机读取存储器(BRAM:Block Random Access Memory)模块的单粒子效应测试方法,实现敏感位的精确定位,通过研究逻辑位置文件和回读文件,建立了敏感位和FPGA逻辑地址的对应机制,推导出了对应的关系公式,并提出了一组针对BRAM模块的系统测试方法.该方法大幅度地提高了现有测试方法的效果,并且为器件失效机理的分析和下一步的器件加固设计提供了指导.     

基于定向故障注入的SRAM型FPGA单粒子翻转效应评估方法

介绍了一种基于定向故障注入的SRAM型FPGA单粒子翻转效应评估方法。借助XDL工具,该方法解析了Virtex-4 SX55型FPGA的帧地址与物理资源之间的对应关系;将电路网表中的资源按模块分组,利用部分重构技术分别对电路整体及各分组相关的配置帧进行随机故障注入,以评估电路整体及其子模块的抗单粒子翻转能力;按模块分组对电路分别进行部分三模冗余(TMR)加固和故障注入实验,以比较不同加固方案的效果。实验结果表明:电路的抗单粒子翻转能力与其功能和占用的资源有关;在FPGA资源不足以支持完全TMR的情况下,该方法可以帮助设计者找到关键模块并进行有效的电路加固。     

一种多模式SRAM单粒子试验系统的设计与实现

提出了一种基于NIOS II的异步SRAM单粒子效应检测系统,用于评估抗辐射加固SRAM电路的抗单粒子效应能力.该检测系统可以对异步SRAM进行四种工作模式下的动态和静态检测,利用该检测系统在重离子加速器上对一款异步SRAM进行了单粒子效应试验,获得了5种离子的试验数据,统计分析后得到了器件的单粒子翻转阈值、单粒子翻转饱和截面和单粒子翻转在轨错误率,并与国外同款电路进行了对比,最后依据试验结果给出了评估结论.     

基于改进FMECA与故障传播模型结合的中子单粒子故障源定位分析

随着器件加工工艺技术的不断发展,器件单元尺寸逐渐缩小,工作电压不断下降,使得器件抵挡单粒子效应的能力也在不断降低.针对某无人机用机载数据采集计算机,分析在大气中子辐射下数据采集计算机的故障传播机理.结合改进的FMECA方法,基于原因故障、结果故障以及原因故障对结果故障的贡献率,建立了计算机的故障传播图,通过逐层推理求得各底层故障模式发生概率,进而提出一种可能高风险源定位方法,定位到系统级可能的高风险故障源为数采计算机上两块单机板的核心器件FPGA.     

一种FPGA抗辐射工艺映射方法研究

 提出一种基于部分TMR和逻辑门掩盖的FPGA抗辐射工艺映射算法FDRMap,以及一个基于蒙特卡洛仿真的并行错误注入和仿真平台.该平台和算法已经应用到复旦大学自主研发的FPGA芯片FDP4软件流程的工艺映射模块.实验结果表明,FDRMap能够在增加14.06%LUT数目的前提下,降低电路的抗辐射关键度32.62%;与单纯采用部分TMR的方法相比,在节省12.23%的LUT数目同时,还能额外降低电路关键度12.44%.     

基于FPGA的ASIC芯片抗辐射性能评估系统

针对航天电子控制系统对集成电路的抗辐射需求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的全新架构的专用集成电路(ASIC)抗辐射性能评估系统。该系统基于FPGA高性能、高速度、高灵活性和大容量的特性,不仅具备传统芯片评估系统的能力,还具备精确判定失效事件发生时刻、被测ASIC时序、内部状态及大致的内部路径位置的能力。对该系统进行单粒子翻转(SEU)辐射试验,试验结果表明,在81.4 MeV·cm²·mg^-1的线性能量转移阈值下,该系统能自动判别没有发生SEU事件。目前,该系统已成功应用于自研高可靠性ASIC芯片抗辐射性能的评估。     

SRAM型FPGA中SEM IP核的验证与自动注错方法

星载设备长时间工作在空间环境中,宇宙中的带电粒子会造成器件功能异常,产生存储器软错误,严重时会损坏硬件电路.为模拟辐照环境对器件的影响,利用Xilinx公司的软错误缓解(SEM)控制器IP核,搭建了基于Xilinx Kintex-7的验证与测试平台,完成对SEM IP核的功能验证.为提高测试效率,设计了基于上述平台的自动注错方法.经过验证,该方法能够达到预期的帧地址覆盖率.实验结果表明,SEM IP核具备软错误注入与缓解功能,自动注错方法有利于此IP核的实际应用.     

激光定位深亚微米CMOS SRAM单粒子翻转敏感区

The pulsed laser facility for SEU sensitivity mapping is utilized to study the SEU sensitive regions of a 0.18/zm CMOS SRAM cell. Combined with the device layout micrograph, SEU sensitivity maps of the SRAM cell are obtained. TCAD simulation work is performed to examine the SEU sensitivity characteristics of the SRAM cell. The laser mapping experiment results are discussed and compared with the electron micrograph information of the SRAM cell and the TCAD simulation results. The results present that the test technique is reliable and of high mapping precision for the deep submicron technology device.     

SRAM型FPGA单粒子翻转测试及加固技术研究

SRAM型FPGA空间应用日益增多,只有针对其特点设计相应的单粒子试验的测试程序才能系统、准确地获取该类芯片的单粒子翻转特性,为抗辐射加固设计提供依据.阐述了单粒子翻转的静态和动态的测试方法.静态测试包括硬件设计和配置位回读程序的设计;动态测试主要针对CLB(配置逻辑单元)和BRAM(块存储器)两部分进行了相应的软件测...     

DSP处理器单粒子翻转率测试系统的研制

航天器及其内部元器件在太空中会受到单粒子效应(SEE)带来的威胁,因此航天用电子器件在装备前必须进行抗SEE能力的测试评估。针对传统测试方法存在的测试系统程序容易在辐照过程崩溃、统计翻转数不准确、单粒子闩锁(SEL)辨别不清晰和忽略内核翻转统计等问题,设计了一种测试系统,通过片外加载与运行程序从而减少因辐照导致片内程序异常的现象;通过片外主控电路统计被测电路翻转数使统计翻转结果准确;通过主控电路控制被测电路时钟供给排除因频率增加导致电流过大而误判发生SEL的情况;通过内核指令集统计内核翻转数。实验结果表明,该测试系统可以实时全面地监测数字信号处理器(DSP)的SEE,并有效防止辐照实验器件(DUT)因SEL而失效。     

副载波产生电路的FPGA实现

副载波产生电路是视频处理系统的重要组成部分.介绍了直接数字频率合成(DDFS)原理及副载波在视频信号处理中的作用;利用DDFS技术设计出一种改进的副载波产生电路结构.FPGA的设计实现是以系统方案为输入,进行RTL级描述、逻辑综合、器件编程测试激励等一系列流程的处理才能完成FPGA芯片设计.利用Altera公司的FPGA器件(EP2C35)实现电路结构、功能和仿真结果.     

一种基于FPGA的DDR SDRAM控制器的设计

对DDR SDRAM的基本工作特性以及时序进行了分析与研究,基于FPGA提出了一种通用的DDR SDRAM控制器设计方案。在Modelsim上通过了软件功能仿真,并在FPGA芯片上完成了硬件验证。结果表明,该控制器能够较好地完成DDR SDRAM的读写控制,具有读写效率较高、接口电路简单的特点。     

基于FPGA的DSP访问DS12887时钟芯片的设计

为了实现DSP(如TMS320LF2407)对实时时钟芯片DS12887的访问,本文提出了用FPGA完成时序转换的方法,同时给出详细的操作过程。     

基于RapidIO的FPGA远程更新系统设计与实现

现场可编程逻辑门阵列(FPGA)在航电系统领域广泛应用,但是采用JTAG方式更新FPGA程序,效率低下,易受设备环境限制而缺乏灵活性,已经难以满足工程应用的需求。提出了一种实现FPGA程序远程更新的方案,该方案采用RapidIO总线,以软件异构的方式,构建在线更新实时通信链路。通过以太网下发镜像升级文件,经SRIO交换网络传送至FPGA节点,写入FLASH配置空间,实现FPGA程序的远程更新。经过测试,验证了设计的正确性和可行性,并有效地提高了FPGA程序更新的速度。