[发明专利]一种宇航用CPU单粒子效应试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及单粒子效应测试技术领域，特别涉及一种宇航用CPU单粒子效应试验方法。

背景技术

传统微处理器单粒子效应测试方法有：

a)单机自测试法：被试器件是系统的一部分，工作过程中同时进行自测试，将错误记录下来；

b)单机辅助控制法：外部控制器检测被试验器件的输出并将结果保存到外部存储器中；

c)辅助控制金片法：两个相同的微处理器相继工作，一个被辐照，另一个被屏蔽。用外部的控制器比较并记录两个微处理器的输出；

d)单机控制法：控制器给器件提供输入，连续监测其输出，并与预期值相比；

e)单机控制金片法：控制器给两个相同的器件提供相同的输入信号，一个被辐照，另一个被屏蔽。

几种典型测试方法的比较见下表：

表1 以往用于微处理器辐射测试中的五种方法的比较

近几年来，由于未经辐射加固处理的商用微处理器的工作效率比经辐射加固处理的处理器更高，并且具有更加优越的电气性能，未经辐射加固处理的商用微处理器在空间中的应用正引起人们越来越多的兴趣。原则上传统方法也可用于现代处理器上。然而，由于接口要求极其复杂，并且操作系统的设计困难大，常规硬件开发成本很高，所以传统检测方法对当前的微处理器显得不实用。在所有传统方法中，除第一种方法外，在信息交换中，运行速度受到控制器的运行速度的限制。控制器通常为一部微型或者小型计算机，其收集和存储数据的时间需要几十微秒。因此，当控制器收集翻转数据时，测试中的微处理器的时钟频率必须中断。导入“平均时钟频率”来规定测试期间平均的时钟速率。目前，复杂微处理器测试方法普遍采用基于“开发板”的测试方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何在克服以往测试方法由于接口要求极其复杂，操作系统的设计困难大，常规硬件开发成本很高的缺点，设计出系统的测试方法，有效的解决了微处理器(CPU)中单粒子事件难于监测的问题。

(二)技术方案

一种宇航用CPU单粒子效应试验方法，包括对CPU中寄存器、内部Cache和运算逻辑单元进行单粒子效应测试，所述寄存器的单粒子效应测试为半静态测试，包括如下步骤：

在辐照试验前初始配置寄存器，在寄存器中写入初始值；

在辐照过程中循环地读取并检测寄存器中的值，如果检测到数值发生翻转错误，则记录错误日志，并重新配置所述寄存器；

重复执行前一步，直到统计出N次翻转错误或辐照达到累计规定的注量时停止测试，所述N为正整数。

其中，所述寄存器为指令寄存器，在所述半静态测试过程中对程序计数器和指令寄存器连续调用，其它寄存器静止。

其中，所述N大于等于100。

其中，所述寄存器的单粒子效应测试为半动态测试时，包括以下步骤：

在寄存器A中写入初始值；

在辐照时将所述寄存器A中的初始值转移到寄存器B和专用寄存器，再将所述初始值作为返回值返回给寄存器A；

将所述返回值与初始值作比较，若返回值与初始值不同，则统计单粒子事件，否则在寄存器A中写入新值继续测试。

其中，所述CPU中内部Cache单粒子效应测试包括以下步骤：

辐照时循环地读取外部存储器数据，并将所述数据写入Cache；

读取Cache中数据与所述外部存储器数据进行比较，若有不相同，则记录内部Cache发生了单粒子翻转。

其中，所述外部存储器和Cache容量相同。

其中，所述CPU中运算逻辑单元单粒子效应测试包括以下步骤：

事先设计一段算法程序，辐照时CPU运行所述算法程序；

将运行结果和所述算法程序正确结果进行比较，若结果不相同，则记录运算逻辑单元或其它控制部分发生了单粒子事件，并停止测试；

将所述算法程序重载入CPU运行，直到出现新的错误。

(三)有益效果

通过系统地监测微处理器内部各模块的单粒子事件发生率，可以客观评价现代微处理器各个部分对单粒子效应的敏感程度，进一步为完整评估微处理器抗辐射能力提供依据，也为宇航工程中如何选用微处理器提供参考；同时克服了以往测试方法由于接口要求极其复杂，操作系统的设计困难大，常规硬件开发成本很高以致不实用的缺点。

附图说明

图1是根据本发明的宇航用CPU单粒子效应试验方法中要求的最小配置系统；