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SRAM型FPGA具有低功耗、低成本、高性能、高集成密度及可重复编程等优点,因而被广泛应用于航天领域。然而,在空间辐射环境中FPGA的存储单元尤其是配置存储器单元一旦受到粒子撞击就很有可能发生比特翻转,进而导致电路系统的功能失效。因此,必须对FPGA电路采取有效的加固措施。 常见的加固方法包括三模冗余(Triple Module Redundancy,TMR)和刷新(Scrubbing),为了验证加固电路的可靠性,需要对其进行有效的单粒子翻转效应评估。本文提出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,其特点在于可以定向的选择对待测电路整体或其子模块进行故障注入,从而提高评估的效率和精确度。该方法首先借助XDL工具对Virtex-4 SX55型FPGA的配置帧地址与物理资源之间的对应关系进行了解析;然后,将网表中的物理资源按模块划分进行分组,并利用部分重构技术对与电路整体和各分组相关的配置帧分别进行随机故障注入,从而评估电路整体及其子模块的抗单粒子翻转能力;最后,对各组中的子模块分别采取部分TMR加固,并对加固后的电路整体进行故障注入,以考察不同部分TMR加固方案的效果。 故障注入实验的结果表明:一方面,电路的抗单粒子翻转能力与其功能特点和占用的资源类型有关;另一方面,选择不同的电路子模块进行部分TMR加固后,待测电路整体的可靠性有不同程度的改善。因此,该方法可以帮助电路设计者在早期快速找到关键设计模块,并在FPGA资源不足的情况下为部分TMR加固方案的选择提供参考意见,有利于降低后续的测试成本和时间开销。