基于SRAM型FPGA的數(shù)字系統(tǒng)容錯機制研究.pdf

1、空天應(yīng)用中基于SRAM型現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）的電子系統(tǒng)易因輻射誘發(fā)各種軟故障和硬故障，故為保證任務(wù)的順利完成，系統(tǒng)必須具有較強的容錯能力。目前大部分系統(tǒng)容錯的研究工作側(cè)重于處理某一類故障，能同時處理軟故障和硬故障的研究成果較少。本文將三模冗余（Triple Modular Redundancy,TMR）、部分配置刷新和演化硬件（Evolvable Hardware，EH

2、W）思想相結(jié)合，設(shè)計具有在線自修復(fù)能力的單芯片強容錯數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和故障修復(fù)機制，對軟故障和硬故障均有較好的處理能力。
　　本文主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）分析了空天應(yīng)用環(huán)境下SRAM型FPGA常見的故障類型，并通過分析目前FPGA常用容錯技術(shù)的優(yōu)缺點確定了本文的技術(shù)方案。介紹了Xilinx Virtex-6ML605開發(fā)套件及其軟件開發(fā)環(huán)境概況。
　?。?）將動態(tài)部分重構(gòu)（Dynamic Partial Reconf

3、iguration,DPR）技術(shù)和配置刷新技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計了基于部分配置刷新的自主修復(fù)系統(tǒng)，包括功能單元的預(yù)設(shè)計、片上可編程系統(tǒng)硬件平臺搭建、系統(tǒng)軟件設(shè)計、DPR設(shè)計、可配置刷新IP核定制。并通過實驗驗證了部分配置刷新技術(shù)對軟故障處理的有效性。
　?。?）設(shè)計了基于虛擬可重構(gòu)電路（Virtual Reconfigurable Circuit,VRC）的自演化修復(fù)系統(tǒng)，包括VRC電路設(shè)計、可演化IP核定制和添加、系統(tǒng)硬件平臺搭建、系

4、統(tǒng)軟件設(shè)計。并以2位乘法器為例在ML605開發(fā)套件對自演化修復(fù)系統(tǒng)進行了驗證。
　　（4）設(shè)計了基于SRAM型FPGA的容錯系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，給出了系統(tǒng)的故障修復(fù)機制。設(shè)計了系統(tǒng)軟件，包括軟件整體架構(gòu)、軟故障的部分配置刷新修復(fù)控制、硬故障的演化修復(fù)控制。在ML605開發(fā)套件上，分別以2位乘法器和Sobel邊緣檢測器的設(shè)計和實現(xiàn)為例，通過模擬故障注入的方式，驗證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和故障修復(fù)機制。其中軟故障均使用配置刷新技術(shù)修復(fù)，2位乘法器和So