[發明專利]一種用于FPGA的抗單粒子翻轉加固系統及其方法

有效

• 申請號: 201310246133.2
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN103325411A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 王琰;朱新忠;魏文超;馮書誼
• 申請（專利權）人: 上海航天測控通信研究所
• 主分類號: G11C11/413
• 分類號: G11C11/413;G11C29/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明屬于半導體器件抗空間單粒子效應能力加固技術領域，具體涉及一種用于FPGA的抗單粒子反轉加固系統及其方法。

背景技術

基于SRAM的FPGA器件具有邏輯資源豐富、內部可用RAM多、編程方便以及可重配置等特點，滿足了衛星等產品功能日趨復雜、體積日趨減少的需求，目前在型號應用中，成為了眾多單機設計師的首選FPGA產品。但基于用SRAM?工藝的FPGA?受空間高能粒子影響較大，其內部配置存儲器的邏輯狀態常常由于粒子撞擊而翻轉，即發生單粒子翻轉（SEU）。如果翻轉發生在邏輯功能區，可能導致航天器的功能中斷；如果翻轉發生在RAM?單元，可能導致數據錯誤或者丟失，無法滿足衛星等高可靠性產品的要求。而航天產品需要面對惡劣的空間環境，因而在可靠性設計中必須考慮單粒子效應問題。所以如何提高基于SRAM的FPGA器件抗單粒子翻轉的能力是在高可靠性產品上使用FPGA的首要考慮因素。

Xilinx公司針對SRAM?型FPGA的SEU問題提出了刷新（Scrubbing）、回讀檢測等方案，但不同系列的器件操作方法并不統一。由于不同的衛星應用背景下，系統使用的FPGA型號不一樣。而FPGA可以通過SelectMAP或JTAG接口來配置FPGA，SelectMAP接口是基于8位并行數據傳輸的，速度相對較快；而JTAG是使用最廣的接口，獲得廣泛支持。不同的需求中配置接口也不一樣。為此有必要設計實現一種適合不同型號需要的通用抗單粒子翻轉加固系統。同時，Xilinx公司Virtex系列的FPGA器件又有其共性，這為本發明的提出提供了可行性。

目前在抗單粒子效應加固技術領域里采用的抗單粒子翻轉方法主要有：

專利申請號?200910043423.0，名稱“現場可編程邏輯門陣列中單粒子翻轉的修復方法及裝置”，介紹了一種現場可編程邏輯門陣列中單粒子翻轉的修復方法及裝置，通過一個高可靠監控單元讀取FPGA配置幀和原始配置幀，比對出錯進行修復流程。

???馬寅、安軍社、王連國、孫偉，“基于Scrubbing的空間SRAM型FPGA的抗單粒子翻轉系統設計”，空間科學學報，2012/32(2)-270-07，對Xilinx公司Virtex-2系列xc2v3000器件提出了一種三模冗余加刷新的方法來阻止單粒子翻轉的累積。

以上方法來提升FPGA器件抗單粒子翻轉的主要不足是僅僅通過刷新操作并不能完全消除FPGA單粒子翻轉的累積效應，并且它們各自只使用于自身型號的FPGA，不具有可移植性。同時，接口方式也固定為SelectMAP，對使用JTAG接口的型號任務并不適用。

專利申請號?201210118912.X，名稱“一種防空間環境影響的星載FPGA設計方法及系統，?介紹了一種通過JTAG?口讀取XILINX?FPGA?的配置文件并和PROM中讀取的原始配置文件比對，出錯重加載的方法。

以上方法來提升FPGA器件抗單粒子翻轉的主要不足是通過回讀重加載操作雖然可以完全消除FPGA單粒子翻轉的累積效應，但造成了FPGA器件的功能中斷，并且只使用于自身型號的FPGA，不具有可移植性。同時，接口方式也固定為JTAG，對使用SelectMAP接口的型號任務并不適用。

綜上所述，利用目前現有的抗單粒子效應加固方法，對不同型號的FPGA器件，需要大量修改設計，并不具備通用性；且接口方式單一，不能滿足不同的需求。

發明內容

本發明提供了一種用于FPGA的抗單粒子翻轉加固系統，其包括時鐘脈沖源、回讀刷新控制器件、外部配置輸入、FPGA、PROM、外部通信接口，所述時鐘脈沖源、外部配置輸入單元、FPGA、PROM以及外部通信接口分別與所述回讀刷新控制器件連接；

所述回讀刷新控制器件完成對所述FPGA進行初始配置數據的加載、回讀以及刷新；

所述外部配置輸入單元通過輸入指令對FPGA器件型號、接口方式、回讀刷新模式、上電準禁、回讀周期以及回讀重載閾值進行配置；

其中，所述時鐘脈沖源向所述回讀刷新控制器件提供周期計時用的時鐘脈沖；

所述PROM為所述回讀刷新控制器件提供回讀、刷新以及重載所需的FPGA原始配置數據；

所述外部通信接口為用戶提供對系統發送遙控指令的接口，所述遙控指令用于對系統的回讀刷新模式、上電準禁、回讀周期、回讀重載閾值的配置。

較佳地，所述回讀刷新控制器件包括模式分析模塊、通信接口模塊、重載模塊、刷新模塊、回讀模塊，