[發(fā)明專利]一種用于SRAM型FPGA的快速可靠性評估方法

有效

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• 申請日: 2015-01-08
• 公開（公告）號: CN104598352B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱啟;郭寶龍;高翔;閆允一;賴曉玲;吳進福
• 申請（專利權(quán)）人: 西安空間無線電技術(shù)研究所;西安電子科技大學
• 主分類號: G06F11/26
• 分類號: G06F11/26
• 代理公司: 西安智萃知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司61221
• 代理人: 張超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電路可靠性評估技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及SRAM型FPGA的可靠性評估方法，具體是一種用于SRAM型FPGA的快速可靠性評估方法。

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)域均得到廣泛的應用。但是，SRAM型FPGA在高能粒子的轟擊下，容易發(fā)生軟錯誤，軟錯誤主要表現(xiàn)為：FPGA的電路配置比特，即SRAM單元發(fā)生改變，造成電路拓撲邏輯錯誤；FPGA觸發(fā)器存儲的邏輯值發(fā)生改變，導致電路運行狀態(tài)錯誤。隨著芯片制造工藝的不斷進步，芯片特征尺寸越來越小，F(xiàn)PGA發(fā)生軟錯誤所需要的高能粒子轟擊能量隨之降低，導致SRAM型FPGA的軟錯誤發(fā)生率越來越大。因此，在設(shè)計過程中，通常要對SRAM型FPGA進行可靠性評估，進而指導可靠性優(yōu)化。

SRAM型FPGA的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方法和基于軟件的可靠性評估方法。基于硬件模擬的可靠性評估方法需要輻照等硬件實驗設(shè)備，將SRAM型FPGA芯片放置于輻照環(huán)境中，模擬SRAM型FPGA芯片的實際工作環(huán)境，觀察并分析SRAM型FPGA芯片受到高能粒子轟擊后的故障發(fā)生情況，從而評估SRAM型FPGA芯片的可靠性。但是，基于硬件模擬的可靠性評估方法需要價格高昂的設(shè)備，而且一般用于在電路設(shè)計后期評估可靠性，無法在電路設(shè)計前期指導電路可靠性的優(yōu)化。一般情況下，基于硬件模擬的可靠性評估方法僅用于對SRAM型FPGA芯片進行芯片特性分析。

基于軟件模擬的可靠性評估方法僅通過軟件程序模擬SRAM型FPGA電路發(fā)生故障的情況，無需搭建硬件輻照平臺，且在電路網(wǎng)表生成后即可進行可靠性評估，在電路設(shè)計初期即為可靠性優(yōu)化提供有效的指導。因此，SRAM型FPGA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方法采用的指標是軟錯誤率SER(Soft?Error?Rate)。SRAM型FPGA的軟錯誤率SER的計算方法可分為兩類，分別是：基于蒙特卡洛的可靠性評估方法(下文中簡稱為蒙特卡洛法)和基于概率分析的可靠性評估方法(下文中簡稱為概率分析法)。蒙特卡洛法需要遍歷所有待評估故障和輸入向量。首先選取一個待評估故障F，然后遍歷所有可能的輸入向量，對于每個輸入向量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輸出電路后所得的輸出結(jié)果，如結(jié)果不同則判斷電路失效。待遍歷所有輸入向量和所有待評估故障后，即可得出SRAM型FPGA的軟錯誤率SER。

蒙特卡洛法具有非常高的計算精度。然而，它需要對電路所有可能的輸入向量進行分析。對于N個輸入的電路，每個待評估故障都需要分析2^N個輸入向量。隨著電路規(guī)模的增加，輸入向量的數(shù)目呈指數(shù)增加，電路中待評估故障的數(shù)目也隨之增加，因此，計算故障傳播概率需要非常長的時間。例如，對于一個一萬門的電路，采用蒙特卡洛法計算故障傳播概率需要整整一年的時間。

概率分析法同樣需要遍歷所有待評估故障，但與蒙特卡洛法不同，它不需要遍歷所有輸入向量，因此可以有效的減少計算時間。概率分析法計算軟錯誤率SER的計算公式如下：

SER=Σi=1NFNERi×EPPi]]>