[發(fā)明專利]一種適用于FPGA的可靠性評估方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310594897.0
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103646129B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃柯衡;葉靖;胡瑜;李曉維
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11280
• 代理人: 王勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電路可靠性評估技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種適用于FPGA的可靠性評估方法和裝置。?

背景技術(shù)

SRAM型FPGA是目前市場上主流的FPGA電路結(jié)構(gòu)，它在航天、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域均得到廣泛的應(yīng)用。但是，SRAM型FPGA在高能粒子的轟擊下，容易發(fā)生軟錯(cuò)誤，既可能改變FPGA電路配置比特，造成電路拓?fù)溥壿嬪e(cuò)誤，也可能改變FPGA觸發(fā)器存儲(chǔ)的邏輯值，導(dǎo)致電路運(yùn)行狀態(tài)錯(cuò)誤。隨著芯片制造工藝的不斷進(jìn)步，芯片特征尺寸越來越小，軟錯(cuò)誤發(fā)生所需的高能粒子轟擊能量隨之降低，導(dǎo)致FPGA的軟錯(cuò)誤發(fā)生率也越來越大。因此，在設(shè)計(jì)過程中，通常要對FPGA（例如SRAM型FPGA）進(jìn)行可靠性評估，進(jìn)而指導(dǎo)可靠性優(yōu)化。?

FPGA可靠性評估方法主要分為兩類：基于硬件模擬的可靠性評估和基于軟件模擬的可靠性評估。基于硬件模擬的可靠性評估需要使用輻照等硬件設(shè)備，將FPGA芯片放置于輻照環(huán)境中，模擬FPGA芯片的實(shí)際工作環(huán)境，然后觀察并分析FPGA芯片受到高能粒子轟擊后的故障發(fā)生情況，從而評估出FPGA芯片的可靠性。這種方法需要價(jià)格高昂的設(shè)備，而且一般用于在電路設(shè)計(jì)后期評估可靠性。在電路設(shè)計(jì)前期，則難以通過硬件模擬的方式來指導(dǎo)電路可靠性優(yōu)化。?

基于軟件模擬的可靠性評估僅通過軟件程序模擬FPGA電路發(fā)生故障的情況，無需搭建硬件輻照平臺(tái)，且在電路網(wǎng)表生成后即可進(jìn)行可靠性評估，所以能在電路設(shè)計(jì)初期為可靠性優(yōu)化提供有效的指導(dǎo)。因此，F(xiàn)PGA可靠性評估主要使用基于軟件模擬的方法。?

目前，基于軟件模擬的可靠性評估主要采用的指標(biāo)是軟錯(cuò)誤率SER(Soft?Error?Rate)。SER的計(jì)算公式如下：?

SER=Σi=1NFaultNERi*EPPi]]>

其中，N_Fault表示電路中待評估的故障總數(shù)。一般而言，F(xiàn)PGA電路中的每一條連線、每一個(gè)查找表(LUT,Look?Up?Table)都可能發(fā)生故障。如果查找表中發(fā)生了故障，那么這個(gè)查找表的輸出線上就會(huì)出現(xiàn)故障值，因此可以直接看做連線上發(fā)生的故障，因此，可以通過分析連線的故障來分析FPGA整體的可靠性。NER_i(Node?Error?Rate)表示第i個(gè)故障的發(fā)生概率，它主要由輻照強(qiáng)度和故障位置對應(yīng)的配置比特?cái)?shù)目決定。輻照強(qiáng)度越大，高能粒子越多、能量越大，則FPGA受高能粒子轟擊后發(fā)生故障的可能性越大。另一方面，故障位置對應(yīng)的配置比特?cái)?shù)目越多，故障發(fā)生的可能性也越大。例如，F(xiàn)PGA電路中的連線由多個(gè)配置比特決定，任意一個(gè)配置比特受高能粒子轟擊而翻轉(zhuǎn)，都會(huì)使該連線發(fā)生故障，因此，連線的配置比特?cái)?shù)目越多，發(fā)生故障的可能性越大。EPP_i(Error?Propagation?Probability)表示第i個(gè)故障使電路失效的概率，它主要由電路拓?fù)溥壿嫑Q定。?

EPP計(jì)算方法可分為兩類，分別是：基于蒙特卡諾的EPP計(jì)算法（下文中簡稱為蒙特卡諾法）和基于概率分析的EPP計(jì)算法（下文中簡稱為概率分析法）。?

基于蒙特卡諾法需要遍歷所有待評估故障和輸入向量，其流程如圖1所示。具體地，蒙特卡諾法首先選取一個(gè)待評估故障F，然后遍歷所有可能的輸入向量，對于每個(gè)輸入向量P，分析該輸入向量P下故障F是否使電路失效，具體的分析方法是計(jì)算輸入向量P下電路正常的輸出結(jié)果，以及故障F下向量P輸入電路后所得的輸出結(jié)果，如結(jié)果不同則電路失效。這樣遍歷所有輸入向量后，即可得出當(dāng)前待評估故障的EPP。將第i個(gè)待評估故障的EPP記為EPP_i，則EPP_i的計(jì)算公式如下：?