[發明專利]一種面向宇航芯片的寄存器單粒子效應模擬仿真方法

有效

• 申請號: 201811327576.3
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109558649B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 高瑛珂;梁賢賡;劉奇;周麗艷;劉鴻瑾;劉波;于廣良;華更新
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G06F30/327
• 分類號: G06F30/327;G06F30/3308;G06F30/25
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

一種面向宇航芯片的寄存器單粒子效應模擬仿真方法，通過構建參數化的寄存器故障仿真模型，將芯片網表中的正常寄存器仿真模型隨機替換為寄存器故障仿真模型，替換的數量由空間環境設置的宇航芯片的錯誤翻轉率和芯片中寄存器的總數決定，寄存器的錯誤發生時間在0到最大仿真時間中隨機選擇，通過仿真工具模擬仿真故障模塊行為，進而驗證芯片級寄存器容錯策略的有效性。本發明無需分析代碼，也無需單獨設計測試用例，既可以對單粒子效應軟錯誤進行仿真，也可對高能單粒子效應形成的硬錯誤進行仿真。本發明的方法可以支持宇航輻射加固研究，可以應用于單粒子效應故障容錯設計的驗證分析。

技術領域

本發明涉及一種寄存器單粒子效應模擬仿真方法，屬于抗輻照芯片的驗證技術領域。

背景技術

在空間環境中，高能粒子穿過半導體材料，在粒子的運動軌跡上以釋放電子－空穴對的方式消耗能量，當能量釋放完，粒子就會停下來。電荷累積并在徑跡內流動，寄生器件或薄弱環節被激活，從而導致了各類損傷，可以分為：硬錯誤和軟錯誤。硬錯誤表現為器件本身永久性損壞，軟錯誤表現為電路邏輯狀態的翻轉、存儲數據的隨機改變，器件本身沒有損壞。硬錯誤需要入射粒子具有極高的能量，高能量粒子通量相對低能量粒子較少，硬錯誤發生的概率較低。軟錯誤是單粒子效應的主要損傷模式。高能粒子主要通過直接電離的方式觸發器件的單粒子效應，產生軟錯誤。低能粒子(如質子和中子等)通過間接電離的方式也可以在半導體器件中形成軟錯誤。

單粒子效應是影響宇航芯片可靠性的一大關鍵因素，研究分析宇航芯片在單粒子效應下的功能、性能的特點，對抗輻射容錯方法實現仿真驗證，是宇航芯片抗輻射容錯技術研究不可或缺的一部分。

現有的技術往往通過強制性命令語句對寄存器進行賦值，驗證效率較低，網表中寄存器數量龐大，現有技術中錯誤注入的比例和數量配置靈活性差，現有的技術往往需要對測試激勵進行更改以便進行錯誤注入，既對測試激勵有一定侵入性，又使得仿真的結果不方便觀察、驗證和移植，同時現有技術往往只對軟錯誤進行仿真，忽略硬錯誤的影響，真實可信性較差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，本發明提供了一種面向宇航芯片的寄存器單粒子效應模擬仿真方法，解決空間應用芯片單粒子效應故障注入和模擬仿真的問題，為研究空間環境單粒子效應故障機理，驗證輻射容錯方法的有效性提供一種工程可行的模擬仿真環境。該方法采用寄存器故障仿真模型替換了網表中的部分寄存器模型，不影響正常的驗證流程，通過參數化故障類型(軟錯誤、硬錯誤)和參數化故障發生的時間從而減少了傳統方法中分析代碼單獨設計測試用例的時間開銷。

本發明的上述目的是通過如下技術方案予以實現的：一種面向宇航芯片的寄存器單粒子效應模擬仿真方法，包括步驟如下：

1)基于芯片實現方提供的工藝單元庫文件，通過芯片綜合工具將寄存器傳輸級設計進行綜合，得到宇航芯片門級網表；

2)根據工藝單元庫文件的數據使用手冊得到該工藝單元庫文件下的所有寄存器種類及對應端口定義，查找步驟1)中得到的宇航芯片門級網表中使用到的寄存器類型；

3)根據工藝單元庫文件的數據使用手冊中的所有寄存器種類，查找步驟1)得到的宇航芯片門級網表中所有使用到的寄存器數目M，形成寄存器列表，M為正整數；

4)根據芯片的功能要求，構建測試驗證環境以及測試驗證激勵，得到需要模擬仿真的總時間T；

5)根據步驟2)中查找到的寄存器類型，對應構建參數化的寄存器故障仿真模型，寄存器故障仿真模型的端口定義與工藝單元庫文件的數據使用手冊中的寄存器類型端口定義一致，寄存器故障仿真模型中設置故障注入參數；

6)根據空間環境的情況得到芯片的模擬仿真故障環境，芯片的模擬仿真故障環境是指設置寄存器單粒子軟錯誤翻轉率a和寄存器單粒子硬錯誤翻轉率b；