[發(fā)明專利]商用現(xiàn)場(chǎng)可編程器件用于輻照環(huán)境下三模冗余抗輻照方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910055872.7
• 申請(qǐng)日: 2009-08-04
• 公開（公告）號(hào): CN101615211A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊萌;邵海波;童家榕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;G06F11/18
• 代理公司: 上海東亞專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 羅習(xí)群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA (Electronic?Design?Automation)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于查找 表結(jié)構(gòu)的商用FPGA在輻照環(huán)境中，通過采用三模冗余抗輻照的方法 及其通用算法，從而緩解輻照所造成的單粒子翻轉(zhuǎn)的軟錯(cuò)誤問題。

背景技術(shù)

基于查找表結(jié)構(gòu)的商用FPGA由大量的可編程邏輯資源組成。太 空中存在的能量粒子對(duì)此類FPGA芯片會(huì)產(chǎn)生單粒子效應(yīng)Single Event?Effects(SEE)。當(dāng)單個(gè)能量粒子打在SRAM可編程點(diǎn)上，形成 足夠的能量時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)Single?Event?Upset(SEU)。 單粒子翻轉(zhuǎn)可能造成查找表、寄存單元、RAM等器件的邏輯狀態(tài)改變， 從而邏輯功能與預(yù)期不一致。基于查找表結(jié)構(gòu)的商用FPGA非常容易 受此效應(yīng)的干擾。為了能使基于查找表結(jié)構(gòu)的商用FPGA在輻照環(huán)境 中得到應(yīng)用，可以采用三模冗余抗輻照的方法，從而緩解輻照所造成 的單粒子翻轉(zhuǎn)的軟錯(cuò)誤問題。

傳統(tǒng)的三模冗余方法涉及三模冗余所有寄存器和使用大數(shù)表決 器(Majority?Voter)。原則上，當(dāng)任何一個(gè)設(shè)計(jì)工作域失敗，另兩 個(gè)工作域繼續(xù)正確操作，通過使用大數(shù)表決器從而保證設(shè)計(jì)正確性。 圖1描述了這個(gè)傳統(tǒng)的三模冗余方法，圖2描述了大數(shù)表決器和邏輯 功能真值表信息，圖4描述了小數(shù)表決器和邏輯功能真值表信息。

然而，傳統(tǒng)三模冗余方法實(shí)現(xiàn)FPGAs重構(gòu)時(shí)，傳統(tǒng)的方法有兩個(gè) 缺陷：

1.傳統(tǒng)三模冗余設(shè)計(jì)在大數(shù)表決器上沒有保護(hù)設(shè)置。圖3描述 了傳統(tǒng)三模冗余設(shè)計(jì)不能解決SET的問題。

2.盡管傳統(tǒng)三模冗余方法可以緩和單一故障，但它缺少一種糾 正錯(cuò)誤能力。另一個(gè)在相同的部分設(shè)計(jì)的，但是在不同的設(shè) 計(jì)工作域會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的大數(shù)表決器的輸出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是要尋求一種基于查找表結(jié)構(gòu)的商 用現(xiàn)場(chǎng)可編程器件FPGA用于輻照環(huán)境下，緩解此類商用FPGA芯片 因輻照環(huán)境而造成單粒子翻轉(zhuǎn)問題，并在此基礎(chǔ)上研究一種具有通用 性的邏輯三模冗余抗輻照軟錯(cuò)誤的算法。

為了解決以上的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種商用現(xiàn)場(chǎng)可編程器 件FPGA用于輻照環(huán)境下三模冗余抗輻照方法，用戶設(shè)計(jì)電路映射到 商用FPGA芯片上分類成四種邏輯，分別為：輸入邏輯、非反饋邏輯、 反饋邏輯和輸出邏輯。針對(duì)該四種不同邏輯分類，分別進(jìn)行不同的三 模冗余抗輻照處理。

A、所述的輸入或非反饋邏輯類型的三模冗余抗輻照處理方法如 下：

(1)對(duì)所有輸入端A、B和CLK進(jìn)行三模冗余復(fù)制，分別工作在三 個(gè)不同工作域TR0，TR1和TR2；工作域TR0對(duì)應(yīng)輸入端口則為A_TR0、 B_TR0和CLK_TR0；工作域TR1對(duì)應(yīng)輸入端口則為A_TR1、B_TR1和 CLK_TR1；工作域TR2對(duì)應(yīng)輸入端口則為A_TR2、B_TR2和CLK_TR2；

(2)對(duì)所有非反饋的邏輯單元進(jìn)行三模冗余復(fù)制，分別工作在三個(gè) 不同工作域TR0，TR1和TR2；工作域TR0對(duì)應(yīng)非反饋的邏輯則為 101_TR0；工作域TR1對(duì)應(yīng)非反饋的邏輯則為101_TR1；工作域TR2 對(duì)應(yīng)非反饋的邏輯則為101_TR2；

(3)對(duì)所有相關(guān)線網(wǎng)進(jìn)行三模冗余復(fù)制但并不插入大數(shù)表決器，致 使每個(gè)三模冗余的設(shè)計(jì)工作域獨(dú)立運(yùn)作。

B、所述的反饋邏輯類型的三模冗余抗輻照處理方法如下：

1)對(duì)所有反饋邏輯的組合邏輯102和時(shí)序單元103進(jìn)行三模冗 余復(fù)制，分別工作在三個(gè)不同工作域TR0，TR1和TR2；工作域TR0 對(duì)應(yīng)組合邏輯和時(shí)序單元?jiǎng)t為102_TR0和103_TR0；工作域TR1對(duì)應(yīng) 組合邏輯和時(shí)序單元?jiǎng)t為102_TR1和103_TR1；工作域TR2對(duì)應(yīng)組合 邏輯和時(shí)序單元?jiǎng)t為102_TR2和103_TR2；

2)對(duì)所有相關(guān)線網(wǎng)進(jìn)行三模冗余復(fù)制，致使每個(gè)三模冗余的設(shè) 計(jì)工作域獨(dú)立運(yùn)作；除了對(duì)所有反饋的邏輯單元和線網(wǎng)進(jìn)行三模冗余 復(fù)制，還需在每個(gè)工作域一致的位置創(chuàng)建大數(shù)表決器并插入；大數(shù)表 決器插入點(diǎn)在原設(shè)計(jì)反饋邏輯的時(shí)序單元103輸出端Q對(duì)應(yīng)的位置之 后。