[發(fā)明專利]一種面向空間輻射環(huán)境下的單粒子翻轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710945690.1
• 申請(qǐng)日: 2017-10-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107741559B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢東杰;高樂(lè);彭禮彪;謝永樂(lè);李西峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R31/28
• 分類(lèi)號(hào): G01R31/28;G11C29/56
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發(fā)明公開(kāi)了一種面向空間輻射環(huán)境下的單粒子翻轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)及方法，基于空間應(yīng)用中SRAM型FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的特點(diǎn)，結(jié)合本發(fā)明提出的單粒子翻轉(zhuǎn)測(cè)試方法，可以根據(jù)不同的測(cè)試需要對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行單個(gè)比特位翻轉(zhuǎn)測(cè)試或者進(jìn)行多比特位翻轉(zhuǎn)測(cè)試；其中，系統(tǒng)中的功能FPGA模塊又可以根據(jù)不同測(cè)試需求進(jìn)行功能配置，其靈活性高；其次，通過(guò)對(duì)注入故障的待測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的輸出結(jié)果對(duì)比分析，得到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)單粒子翻轉(zhuǎn)的敏感區(qū)域，以此設(shè)計(jì)出抗單粒子翻轉(zhuǎn)加固程序，增加空間應(yīng)用中SRAM型FPGA的可靠性和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于可靠性仿真測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種面向空間輻射環(huán)境下的單粒子翻轉(zhuǎn)仿真測(cè)試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在電磁、輻射惡劣的太空環(huán)境下，集成電路及各類(lèi)SRAM(Static Random AccessMemory,靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)型FPGA器件發(fā)生故障的可能性大大增加，微電子器件內(nèi)的敏感邏輯區(qū)與帶電離子碰撞會(huì)改變電路的狀態(tài)，當(dāng)帶電高能粒子擊中半導(dǎo)體器件的敏感區(qū)域時(shí)，配置程序存儲(chǔ)位由“0”變?yōu)椤?”，或由“1”變?yōu)椤?”，這種現(xiàn)象通常稱為單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU,Single Event Upset)。單粒子翻轉(zhuǎn)通常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)信息缺失和功能失效。

半導(dǎo)體器件現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA具有高性能處理能力、開(kāi)發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)，在空間輻射環(huán)境中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是基于SRAM型FPGA器件，其可以反復(fù)重配置的特性使得短時(shí)間內(nèi)多次現(xiàn)場(chǎng)定制的FPGA成為可能。但與此同時(shí)基于SRAM型FPGA器件對(duì)單粒子翻轉(zhuǎn)十分敏感，因此設(shè)計(jì)面向基于SRAM型FPGA器件的單粒子翻轉(zhuǎn)仿真測(cè)試系統(tǒng)及方法尤為重要。

針對(duì)單粒子翻轉(zhuǎn)故障的模擬測(cè)試方法主要有地面輻射模擬和故障注入模擬。首先，輻射模擬采用重離子或質(zhì)子等輻射源來(lái)輻照器件，測(cè)試其輻射敏感參數(shù)，但此方法需要昂貴復(fù)雜的設(shè)備，測(cè)試周期較長(zhǎng)，靈活性較差，并且這種模擬方法可能造成輻射污染，具有較高風(fēng)險(xiǎn)。相比之下故障注入模擬的方法試驗(yàn)周期短，可避免裝置復(fù)雜、費(fèi)用高等缺點(diǎn)，成為地面模擬單粒子翻轉(zhuǎn)的主要手段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種面向空間輻射環(huán)境下的單粒子翻轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)及方法，并根據(jù)不同的測(cè)試需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單個(gè)比特位翻轉(zhuǎn)測(cè)試或者進(jìn)行多比特位翻轉(zhuǎn)測(cè)試，具有高靈活性、可靠性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明為一種面向空間輻射環(huán)境下的單粒子翻轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，包括：

一PC上位機(jī)，通過(guò)串口與單粒子翻轉(zhuǎn)故障評(píng)估模塊連接通信，用于發(fā)送測(cè)試指令和終止測(cè)試指令，以及模擬輻射水平參數(shù)生成對(duì)應(yīng)的故障配置文件，同時(shí)還完成系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)和日志文件管理；

一單粒子翻轉(zhuǎn)故障評(píng)估模塊，包括：配置FPGA模塊、功能FPGA模塊、串口控制模塊、配置存儲(chǔ)FLASH和結(jié)果存儲(chǔ)FLASH，并集成在同一塊測(cè)試板上，通過(guò)串口與上位機(jī)進(jìn)行信息交互；

功能FPGA模塊通過(guò)串口控制模塊接收PC上位機(jī)發(fā)送測(cè)試指令，并為被測(cè)FPGA模塊提供時(shí)鐘、使能信號(hào)和復(fù)位信號(hào)，當(dāng)功能FPGA模塊接收到測(cè)試指令后，控制配置FPGA模塊通過(guò)串口控制模塊從PC上位機(jī)中讀取故障配置文件，并將讀取的故障配置文件存儲(chǔ)在配置存儲(chǔ)FLASH中；

當(dāng)測(cè)試開(kāi)始時(shí)，功能FPGA模塊控制配置FPGA模塊將配置存儲(chǔ)FLASH中的故障配置文件讀取到配置FPGA模塊，并通過(guò)SelectMAP方式寫(xiě)入到被測(cè)FPGA模塊，從而完成翻轉(zhuǎn)故障的注入過(guò)程；