[發明專利]一種適用于SRAM型FPGA產品的系統級空間單粒子防護方法

在審

• 申請號: 202011185217.6
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112447201A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 吳振宇;王平;謝軍;陳忠貴;劉崇華;王金剛;田金超;馬文龍;楊聰偉;胡偉;陳三
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: G11C5/00
• 分類號: G11C5/00;G11C11/412;G11C11/417
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

一種適用于SRAM型FPGA產品的系統級空間單粒子防護方法，給出了對SRAM型FPGA實現系統級空間單粒子防護的流程內容，并從器件、模塊、單機、分系統、系統五個層級構建單粒子全面防護體系結構，給出了五個層級間協同關聯的交互機制，實現目前情況下最可能的單粒子防護理想目標“發生單粒子事件時盡量不中斷正常工作、無法避免中斷時盡量降低中斷的破壞性影響和恢復正常前的中斷時間”。本發明方法可以在配置SRAM型FPGA的不同空間飛行器中實現，從各層級協同實施，協調統一，全面防護應對SRAM型FPGA產品單粒子事件的漏洞，提升了SRAM型FPGA產品應對單粒子事件的連續工作能力。

技術領域

本發明涉及一種適用于SRAM型FPGA產品的系統級空間單粒子防護方法，特別是對SRAM型FPGA從五個層級協同實施的全面防護體系結構和層級間協同關聯的交互機制，屬于空間飛行器單粒子防護技術領域。

背景技術

空間輻射環境對空間飛行器的電子產品有著嚴重的影響，單粒子效應(SEE)是主要要考慮的影響，會產生潛在的嚴重后果，包括信息丟失和功能失效等。宇宙空間存在著各種粒子，如質子、電子、重離子等，當具有足夠轉移能量的帶電粒子擊中器件時，就可能發生單粒子效應，進而引發系統故障。根據粒子能量大小和擊中器件的位置，單粒子效應可能產生損壞或瞬時效應。單粒子效應包括單粒子翻轉(SEU-存儲單元中的位翻轉)、單粒子鎖定(SEL-瞬態電流導致設備功能性損壞)、單粒子燒毀(SEB-場效應管漏源極燒毀)、單粒子柵擊穿(SEGR-功率MOSFETs器件的柵氧化物中形成導電路徑的燒毀)等。

近年來，空間飛行器的電子系統大量采用SRAM型FPGA這種大規模集成電路器件，以滿足數字化設計、融合化設計等帶來的信息交互復雜、數據處理量增加、算法實現大量增加的需求，實現更多功能和更優性能。SRAM型FPGA在空間飛行器上的應用數量越來越多，對應門電路的門數越來越高，發生的單粒子事件越來越多，已成為近年來空間飛行器發生數量較多、影響較大的重大威脅之一。

SRAM型FPGA的門數越高，可實現的加固措施越少，更別提單粒子免疫的實現可能。對國內器件來說，還受限于國內器件加固的工藝水平，可實現的加固程度相對歐美更低。因此，僅僅通過器件選用，無法避免SRAM型FPGA單粒子事件的發生，也無法有效應對單粒子事件的影響。單粒子效應可能造成瞬時效應，也可能造成不可恢復的損壞；對瞬時效應，可以通過容錯等方法糾正或恢復；對不可恢復的損壞，只能通過備份手段實現功能保證或將影響減低到最小。目前情況下，最可能的單粒子防護理想目標是：發生單粒子事件時盡量不中斷正常工作、無法避免中斷時盡量降低中斷的破壞性影響和恢復正常前的中斷時間。為了實現這個可能的理想目標，需要建立各個層級協同統一的防護體系結構，并通過層級間協同關聯的交互機制，實現協同應對單粒子事件的全面防護，提升空間飛行器不間斷穩定運行的能力。

發明內容

本發明解決的問題：克服現有技術的不足，提出了一種適用于SRAM型FPGA產品的系統級空間單粒子防護方法，避免或降低目前較多空間飛行器存在的單粒子防護重芯片但系統性不足、有一定系統考慮但針對性、協調性不足帶來的防護漏洞的問題。

本發明的技術解決方案：

一種適用于SRAM型FPGA產品系統級空間單粒子防護方法，步驟如下：

(1)進行器件空間單粒子防護設計，所述器件是指SRAM型FPGA；

(2)進行模塊空間單粒子防護設計，所述模塊是指單機中SRAM型FPGA所在的功能模塊，即FPGA所在模塊；

(3)進行單機空間單粒子防護設計，所述單機是指SRAM型FPGA所在單機，該單機包含FPGA所在模塊；

(4)進行分系統空間單粒子防護設計，所述分系統是指SRAM型FPGA所在單機歸屬的分系統；

(5)進行系統空間單粒子防護設計，所述系統是指空間飛行器整體，包含FPGA所在分系統。