[發明專利]一種基于信號概率的FPGA用戶電路邏輯反轉優化方法

有效

• 申請號: 201610053354.1
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105656474B
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 趙元富;陳雷;王碩;李學武;陳勛;周婧;張彥龍
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

一種基于信號概率的FPGA用戶電路邏輯反轉優化方法，將FPGA中的原始用戶電路，進行電路后仿真、線網信號概率計算操作，同時將原始用戶電路進行線網邏輯檢查操作，隨后通過線網信號概率識別、前級扇出邏輯反轉、后級扇入邏輯調整等操作，完成FPGA用戶電路的邏輯反轉，得到邏輯優化后的用戶電路。本發明利用FPGA的可編程特性，根據線網的信號概率對FPGA中用戶電路各線網進行有選擇的邏輯反轉，在不改變電路邏輯功能的情況下改變目標線網的信號概率，實現用戶電路的邏輯優化。使用本發明可以提高FPGA中用戶電路的可靠性，且不增加額外的電路資源開銷。

技術領域

本發明涉及一種基于信號概率的FPGA用戶電路邏輯反轉優化方法，特別是用于在空間輻射環境中提高FPGA中用戶電路的可靠性，屬于FPGA用戶電路邏輯優化領域。

背景技術

FPGA因具有較高的邏輯密度、較短的開發周期和特有的靈活性等顯著優點，使它在航空航天領域中應用的越來越廣泛。然而，空間輻射環境中存在大量的高能粒子，這些高能粒子可以改變或者干擾FPGA內部配置存儲器的信息，發生配置存儲器的0/1翻轉或者瞬態擾動，從而引起FPGA中的用戶電路功能出錯并導致整個系統運行異常。因此，由于高能粒子輻射和噪聲干擾造成的FPGA用戶電路的可靠性問題是FPGA在空間應用領域需要解決的重要技術問題。

三模冗余技術是目前為提高FPGA中用戶電路的可靠性最常用的邏輯優化技術，它的原理是將用戶電路復制為三個功能相同的電路模塊，并由多數表決電路模塊進行功能判別，其中任何一個用戶電路模塊受空間輻射而功能出錯時都不會影響系統最終的功能。然而采用三模冗余技術會帶來三倍以上用戶電路資源的開銷，在資源緊張、功耗要求較高的電子系統中并不適用。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：克服現有技術不足，提供一種基于信號概率的FPGA用戶電路邏輯反轉優化方法，在不改變電路邏輯功能的情況下對用戶電路進行邏輯優化，提高FPGA中用戶電路的可靠性，且不增加額外的電路資源開銷。

本發明的技術解決方案為：一種基于信號概率的FPGA用戶電路邏輯反轉優化方法，所述的FPGA用戶電路為以查找表和觸發器為基礎實現的電路；包括如下步驟：

(1)對FPGA中的原始用戶電路施加仿真激勵進行仿真，得到仿真輸出結果；同時對FPGA中的原始用戶電路進行線網邏輯檢查，得到符合邏輯反轉要求的初級目標線網列表；

(2)根據步驟(1)得到的后仿真輸出結果，計算用戶電路各線網i的信號概率P_i；

(3)根據FPGA中的原始用戶電路的線網邏輯特性，結合步驟(2)中的信號概率P_i；對初級目標線網列表進行各線網信號概率識別，得到需要進行邏輯反轉操作的終極目標線網列表；

(4)對終極目標線網列表中的目標線網進行前級扇出邏輯反轉操作和后級扇入邏輯調整操作，得到優化后的用戶電路。

所述的線網邏輯檢查具體步驟如下：

(1.1)首先進行線網類型檢查：對原始用戶電路的所有內部信號進行遍歷，判斷信號類型，當信號表明線網類型為GND線網或VCC線網時，忽略該線網，當為信號線網時，轉步驟(1.2)；

(1.2)進行線網前級信號源檢查和線網后級信號漏檢查；將同時滿足線網前級信號源接入觸發器的輸入端和輸出端、線網后級信號漏端連入查找表的輸入端的線網存入初級目標線網列表。

所述用戶電路各線網i的信號概率P_i是指線網邏輯值為1的時間在整個仿真周期中所占的比例，其中0≤P_i≤1。