[發(fā)明專利]一種針對SRAM型FPGA的隨機翻轉(zhuǎn)故障注入方法

有效

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• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102540062A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘雄;朱明達;張家銘;李安琪;宋鏡明;張忠鋼;金靖
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/3185
• 分類號: G01R31/3185
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文利

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于SRAM型FPGA的隨機翻轉(zhuǎn)故障注入方法，屬于FPGA空間可靠性技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

FPGA發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)后，其故障表現(xiàn)為FPGA中存儲單元的內(nèi)容改變，而這些存儲單元的內(nèi)容是由配置文件中的比特位決定的。目前，在地面上模擬空間中的單粒子翻轉(zhuǎn)主要采用輻射模擬，即采用重離子或高能質(zhì)子等模擬源來輻照器件，測試其輻射敏感參數(shù)，為器件的選型和預(yù)估實際輻射環(huán)境中單粒子翻轉(zhuǎn)率提供依據(jù)。

如果采用輻射模擬的方法，首先，被輻照過的器件不能再被使用，從而提高了試驗的成本；其次，國內(nèi)的高能加速資源器資源相對較少，預(yù)約困難；再次，這種方法對于調(diào)整粒子種類和能量的操作較為復(fù)雜，難以控制注入位置；最后，經(jīng)過原子序號小的粒子輻射后會發(fā)生二次核子反應(yīng)，造成輻射污染，具有較高危險性。

與此相比，模擬單粒子翻轉(zhuǎn)的第二種方式-故障注入的方法則彌補了上述缺點，成為地面模擬單粒子翻轉(zhuǎn)的重要手段。尤其是利用SRAM型FPGA重配置特性進行的故障注入方法得到了極大的關(guān)注。但是也沒有解決實際應(yīng)用中用戶無法確定配置存儲單元刷新周期的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，針對采用SRAM型FPGA實現(xiàn)的電路，利用其動態(tài)重配置的優(yōu)點，通過翻轉(zhuǎn)比特位即可人為的在FPGA中引入與單粒子翻轉(zhuǎn)同等效力的故障，一方面對設(shè)計電路配置存儲單元執(zhí)行多位隨機故障注入，替代輻射模擬，從而對電路設(shè)計防護手段的有效性進行評測；另一方面通過單位隨機故障注入，累積翻轉(zhuǎn)直到出現(xiàn)功能性錯誤，從而得到配置存儲單元的刷新周期。

一種針對SRAM型FPGA的隨機翻轉(zhuǎn)故障注入方法，針對多位隨機翻轉(zhuǎn)方式，包括以下幾個步驟：

步驟一：初始配置；

測試開始后，首先控制器對被測芯片進行初始化配置；

步驟二：設(shè)定模擬輻射劑量和模擬輻射時間；

用戶設(shè)定模擬輻射劑量和模擬輻射時間；

步驟三：確定翻轉(zhuǎn)比特位，并且，隨機翻轉(zhuǎn)M位比特位；

上位機根據(jù)用戶設(shè)定的模擬輻射劑量和模擬輻射時間，確定翻轉(zhuǎn)比特位的數(shù)量為M，選擇以當前系統(tǒng)時間為種子的隨機函數(shù)，確定翻轉(zhuǎn)位的隨機位置，上位機發(fā)送隨機翻轉(zhuǎn)指令，控制器根據(jù)指令對被測芯片配置數(shù)據(jù)進行M位隨機翻轉(zhuǎn)，再將翻轉(zhuǎn)位所在數(shù)據(jù)幀重配置到被測芯片，完成動態(tài)重配置；

步驟四：得到被測芯片輸出結(jié)果；

動態(tài)重配置完成后，比較被測芯片輸出結(jié)果和預(yù)知的正確結(jié)果，對被測芯片進行評測。

一種針對SRAM型FPGA的隨機翻轉(zhuǎn)故障注入方法，針對單位隨機翻轉(zhuǎn)方式，包括以下幾個步驟：

步驟一：初始配置；

測試開始后，首先控制器對被測芯片進行初始化配置；

步驟二：進行一位隨機翻轉(zhuǎn)；

選擇以當前系統(tǒng)時間為種子的隨機函數(shù)，確定翻轉(zhuǎn)位的隨機位置，上位機發(fā)送隨機翻轉(zhuǎn)指令，控制器根據(jù)指令對被測芯片配置數(shù)據(jù)進行一位隨機翻轉(zhuǎn)，再將翻轉(zhuǎn)位所在數(shù)據(jù)幀重配置到被測芯片，完成動態(tài)重配置，翻轉(zhuǎn)數(shù)初始為1，以后每執(zhí)行一次步驟二，翻轉(zhuǎn)數(shù)N＝N+1；

步驟三：判斷是否產(chǎn)生錯誤；

動態(tài)重配置完成后，比較被測芯片輸出結(jié)果和預(yù)知的正確結(jié)果，若沒有引起結(jié)果錯誤，則返回步驟二重復(fù)翻轉(zhuǎn)和重配置過程，若檢測發(fā)現(xiàn)結(jié)果錯誤，則將翻轉(zhuǎn)數(shù)N上傳至上位機；

步驟四：獲取刷新周期；

上位機根據(jù)被測芯片發(fā)生單粒子效應(yīng)的翻轉(zhuǎn)率來獲得配置存儲單元的刷新周期，具體為：

翻轉(zhuǎn)數(shù)N即為刷新閾值，根據(jù)(1)式獲取電路設(shè)計的刷新周期：

P＝N/λ????????????????????(1)

其中，N為通過單位隨機故障注入累積獲得的刷新閾值，單位為bit；λ為被測芯片的單粒子效應(yīng)翻轉(zhuǎn)率，單位為bit/day；最終獲得用戶電路設(shè)計的刷新周期P，單位為day。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)試驗花費時間較少；

(2)可以通過隨機故障注入，真實模擬空間中單粒子效應(yīng)；

(3)可以較準確得到配置存儲單元的刷新周期；

(4)根據(jù)用戶需求，自定義模擬輻射參數(shù)，對FPGA單粒子效應(yīng)防護手段進行評測。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的針對多位隨機翻轉(zhuǎn)方式方法流程圖；

圖2是本發(fā)明的針對單位隨機翻轉(zhuǎn)方式方法流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。