[發明專利]FPGA單粒子效應動態故障測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201410419050.3
• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN104181421B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 朱翔;封國強;韓建偉;姜昱光;上官士鵬;馬英起;陳睿;余永濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R31/3193
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,楊青

1.一種FPGA單粒子效應動態故障測試裝置，其特征在于，包括：控制電路模塊(11)、上位機控制模塊(12)、可控脈沖激光模塊(15)以及三維移動模塊(16)；其中，

所述三維移動模塊(16)在測試時用于安裝待測試的被測FPGA器件(13)；所述上位機控制模塊(12)與所述控制電路模塊(11)連接，所述控制電路模塊(11)連接到所述可控脈沖激光模塊(15)，在測試時，所述控制電路模塊(11)還分別連接到所述被測FPGA器件(13)以及與所述被測FPGA器件(13)所對應的對照FPGA器件(14)。

2.根據權利要求1所述的FPGA單粒子效應動態故障測試裝置，其特征在于，所述控制電路模塊(11)進一步包括：主控器件(21)、第一配置數據存儲器(22)、第二配置數據存儲器(23)，接口芯片(24)、晶振(25)和應用接口(26)；其中，

所述的第一配置數據存儲器(22)用于存儲所述的主控器件(21)的配置數據；所述的第二配置數據存儲器(23)用于存儲被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)的配置數據；所述的接口芯片(24)用于實現所述的主控器件(21)和所述的上位機控制模塊(12)之間的通信，包括接收所述上位機控制模塊(12)發出的指令和向上位機控制模塊(12)傳輸測試數據；所述的晶振(25)用于提供整個裝置的工作時鐘；所述的應用接口(26)一方面用于傳輸可控脈沖激光模塊(15)的觸發信號，一方面用于與被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)的信號傳輸；所述的主控器件(21)用于根據上位機控制模塊(13)的指令控制整個裝置的運行，實現對被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)的數據讀寫，對獲得數據的比對、分析、上傳，以及對可控脈沖激光模塊(15)的觸發控制。

3.根據權利要求2所述的FPGA單粒子效應動態故障測試裝置，其特征在于，所述主控器件(21)進一步包括：上位機通信單元、時鐘分頻單元、脈沖激光觸發單元、配置數據處理單元、功能數據處理單元和復位單元；其中，

上位機通信單元用于實現所述的主控器件(21)和所述的上位機控制模塊(12)之間的通信，包括解析上位機指令和對打包好的數據按串口協議上傳到上位機；

時鐘分頻單元用于將晶振輸出的時鐘信號分頻到合適的頻率，分別作為其他各個功能單元的時鐘輸入；

脈沖激光觸發單元用于在合適的時間觸發脈沖激光；

復位單元用于控制其它各個功能單元的復位；

配置數據處理單元用于處理被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)的配置存儲數據，包括配置、回讀、刷新和比對分析；

功能數據處理單元用于處理被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)的功能數據，包括同步輸出數據到被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)，同步接收被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)的數據并實時比對分析，判斷被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)的輸出數據異同。

4.根據權利要求3所述的FPGA單粒子效應動態故障測試裝置，其特征在于，所述配置數據處理單元所完成的配置包括：讀取第二配置數據存儲器(23)中的存儲數據，分別配置到被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)的配置存儲位；所述配置數據處理單元所完成的回讀包括：回讀被測FPGA器件13的配置存儲數據；所述配置數據處理單元所完成的刷新包括：讀取第二配置數據存儲器(23)中的存儲數據，然后根據該數據分別刷新被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)的配置存儲位；所述配置數據處理單元所完成的比對分析包括：所述比對分析與回讀過程同時進行，在回讀同時同步讀取第二配置數據存儲器(23)中的存儲數據與回讀數據一一比對，記錄翻轉的配置位地址。

5.根據權利要求3所述的FPGA單粒子效應動態故障測試裝置，其特征在于，所述上位機控制模塊(12)用于：

發送指令，包括配置指令、運行/停止指令和復位指令；其中，配置指令用于對被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)進行初始配置；運行/停止指令用于控制測試運行狀態；復位指令用于對主控器件(21)各功能單元的復位；

接收及實時顯示數據，數據包括配置位翻轉信息和功能數據錯誤信息。

6.基于權利要求1-5之一所述的FPGA單粒子效應動態故障測試裝置所實現的測試方法，包括：

步驟1)、將預先生成的主控器件(21)的配置數據寫入第一配置數據存儲器(22)，將預先生成的被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)的配置數據寫入第二配置數據存儲器(23)；所述被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)的配置數據是同一個文件；

步驟2)、設置控制電路模塊(11)，使其上電后，所述第一配置數據存儲器(22)中的數據自動對所述主控器件(21)進行配置；

步驟3)、打開上位機控制模塊(12)，發送指令使主控器件(21)從第二配置數據存儲器(23)讀出數據，寫入被測FPGA器件(13)的配置存儲位；

步驟4)、上位機控制模塊(12)發送指令使主控器件(21)從第二配置數據存儲器(23)讀出數據，對對照FPGA器件(14)進行配置，所述對照FPGA器件(14)和被測FPGA器件(13)實現完全相同的功能；

步驟5)、調節三維移動臺模塊(16)，使可控脈沖激光模塊(15)能準確輻照到被測FPGA器件(13)的配置存儲位；

步驟6)、將可控脈沖激光模塊(15)設定為受控觸發狀態；

步驟7)、通過上位機控制模塊(12)發送指令啟動整個裝置工作；裝置工作時包括N個測試周期，每個測試周期包括如下過程：

步驟7-1)、主控器件(21)同步輸出數據至被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)，觸發被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)功能運行；

步驟7-2)、主控器件(21)同步觸發脈沖激光在被測FPGA器件(13)程序功能的輻照；

步驟7-3)、主控器件(21)同步接收被測FPGA器件(13)和對照FPGA器件(14)輸出的數據進行比對；

步驟7-4)、主控器件(21)回讀被測FPGA器件(13)的配置存儲數據與第二配置數據存儲器(23)中的數據比對；

步驟7-5)、主控器件(21)將步驟7-3)、步驟7-4)中的比對結果上傳至上位機實時顯示；

步驟7-6)、主控器件(21)刷新被測FPGA器件(13)的配置存儲位，等待下一個測試周期；

步驟8)、所有周期測試完成后，上位機記錄下所有測試數據，對數據進行分析，研究該程序在所輻照存儲位發生單粒子效應時的時序敏感性，必要時重復進行測試；

步驟9)、更改被測FPGA器件(13)的功能時鐘頻率，重復上述步驟，分析被測FPGA器件(13)功能對單粒子效應故障的頻率敏感性；

步驟10)、輻照被測FPGA器件(13)的不同存儲位，重復上述步驟，分析被測FPGA器件(13)功能對單粒子效應故障的空間敏感性；

步驟11)、綜合這些實驗結果，全面評估被測FPGA器件(13)在發生單粒子效應故障時對功能的影響。