SRAM型FPGA单粒子翻转效应的故障注入系统研究

作     者：吴圣陶 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡方明

授予年度：2011年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：SRAM型FPGA 单粒子翻转 故障注入 部分重配 

摘      要：由于具有高密度、低成本、可动态重构等特有的优势,SRAM型FPGA在航天领域中得到越来越广泛的关注。但是在空间辐射环境下,SRAM型FPGA较之于其他类型的可编程逻辑器件,如ASIC、反熔丝型FPGA等更容易受到单粒子效应,尤其是单粒子翻转效应（single event upset,SEU）的影响。对于SRAM型FPGA的SEU抗辐射加固和测试方法,国外已经有了比较成熟的理论和测试经验,但是由于相关技术上封锁,以及试验条件和资源上的限制,国内在这方面的研究起步晚,还处于探索研究阶段。如何对SRAM型FPGA的SEU效应进行有效的测试评估并在此基础上研究SEU加固技术已成为一个迫切需要解决的问题。 本文利用Virtex FPGA的部分重配技术设计实现了一种针对XCV300/BQV300的故障注入工具,该工具可以对SRAM型FPGA设计的SEU提供快速低成本的仿真测试。论文首先对SRAM型FPGA的单粒子效应,特别是对SEU的产生机理和减轻技术进行分析和研究,并提出采用故障注入的方法对SEU效应进行仿真和测试。其次,根据SRAM型FPGA的存储器结构论证了利用故障注入技术翻转FPGA的配置存储器位来仿真SEU效应可行性,并在此基础上论述了本文故障注入的方案。再次,围绕Virtex FPGA的SelectMAP部分重配技术,详细阐述了故障注入工具的软硬件实现方法。最后,通过使用本设计的测试系统对FPGA的典型设计电路进行故障注入测试,得到测试电路的SEU敏感位,验证了本文测试系统的有效性。