面向先進(jìn)FPGA器件的單粒子翻轉(zhuǎn)軟錯誤研究.pdf

1、隨著現(xiàn)場可編程邏輯技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)PGA器件在航空航天、軍事和各類商業(yè)電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。相對于傳統(tǒng)的專用集成電路器件，基于FPGA器件的應(yīng)用開發(fā)具有周期短、成本低以及可重配置等諸多優(yōu)點。然而在輻射環(huán)境下，F(xiàn)PGA器件內(nèi)部存在的大量可編程單元極易受到高能粒子的影響而發(fā)生單粒子軟錯誤效應(yīng)，導(dǎo)致器件的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化而失效。因此，面向 FPGA器件的軟錯誤防護(hù)與加固問題已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究的熱點。
　　本文的研究首先基

2、于故障注入的測試方法，建立了FPGA軟錯誤的硬件評估平臺，對先進(jìn)FPGA的器件結(jié)構(gòu)及其軟錯誤效應(yīng)進(jìn)行了詳盡的分析。分析結(jié)果表明，F(xiàn)PGA的互連資源更易受到高能粒子影響而發(fā)生軟錯誤。進(jìn)一步，在軟錯誤效應(yīng)硬件評估的基礎(chǔ)上，本文對FPGA器件結(jié)構(gòu)和軟錯誤行為進(jìn)行了軟件建模，構(gòu)建了軟錯誤軟硬件協(xié)同評估平臺，從而能夠?qū)涘e誤效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確地軟件仿真，為下一步的軟錯誤檢測和防護(hù)設(shè)計提供了準(zhǔn)確的評估工具和手段。
　　接下來，本文的研究面向軟錯誤的

3、檢測和防護(hù)問題，進(jìn)一步提出了一種基于冗余互連資源的雙備份比較檢測技術(shù)。該技術(shù)充分利用設(shè)計中互連資源存在較多冗余這一現(xiàn)象，開發(fā)了高效的冗余互連資源搜索算法，并借助對FPGA結(jié)構(gòu)的簡單修改，實現(xiàn)了對互連資源軟錯誤的高效在線檢測。最后，借助已建立的軟錯誤軟硬件評估平臺，本文對提出的雙備份比較檢測技術(shù)進(jìn)行了全方位的評估。實驗結(jié)果表明，基于冗余互連資源的雙備份比較技術(shù)能夠在較低的面積與時序開銷下對不同的設(shè)計達(dá)到較好的軟錯誤檢測效果，一般能達(dá)到60