[发明专利]SRAM型FPGA单粒子效应试验系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种SRAM型FPGA单粒子效应试验系统及方法。 

背景技术

FPGA为可重构的新型器件，在卫星研制中使用FPGA，可以加快卫星的研制进度，缩短研制周期，同时提高卫星的性能。卫星工作在空间辐射环境中，辐射效应会导致FPGA性能退化甚至失效，而单粒子辐射效应导致的FPGA性能退化尤为明显。在卫星使用FPGA前，必须对FPGA进行单粒子效应检测，通过试验，评估单粒子效应敏感度，为型号选用器件和系统进行抗辐射加固设计提供依据。 

国内的单粒子试验主要集中在各类传统的固定功能器件上，如微处理器、存储器、数字逻辑电路、A/D、D/A转换器等，而FPGA在结构和功能原理上与以往研究的器件有本质的区别，在系统中实现的功能和内部连线由配置文件决定，而配置文件存储于单粒子敏感的SRAM区内，因此在检测原理上不能将其看作固定逻辑功能的器件进行单粒子模拟试验，而是需要针对其结构特点设计全新的检测系统进行单粒子效应检测。 

目前国内从事SRAM型FPGA单粒子效应检测研究的单位主要为国防科学技术大学。国防科技大学的现场可编程逻辑门阵列中单粒子翻转的检测方法及装置，只针对SRAM型FPGA单粒子翻转效应的检测，采用回读配置帧与原始配置帧进行直接字节比对的检测方式。由于SRAM型FPGA的回读配置帧存在一定数量的数据冗余，采用回读配置帧与原始配置帧进行直接字节比对的检测方式，不排除回读配置帧的冗余数据，会影响检测效率；另外，单粒子功能中断对单粒子翻转结果准确度的会造成一定影响，采用回读配置帧与原始配置帧进行直接字节比对的单一检测方式，得到的单粒子翻转检测结果，有可 能不准确。 

SRAM型FPGA单粒子效应故障注入主要用于非辐照环境下，模拟SRAM型FPGA配置存储区和BRAM的单粒子翻转效应，开展单粒子翻转效应的影响研究。目前国内从事SRAM型FPGA单粒子效应故障注入研究的单位主要为上海微小卫星工程中心和北京时代民芯科技有限公司。上海微小卫星工程中心的智能全自动单粒子事件故障注入器，主要采用软件仿真方式进行，不再实际硬件平台开展试验研究。北京时代民芯科技有限公司的故障注入系统及其方法需要通过制作故障单元模块，修改目标电路的门级HDL代码，生成故障电路，操作所需专业能力较高，过程复杂。 

国外从事单粒子效应试验研究的报道主要有美国XILINX公司和欧洲SAAB试验室，美国XILINX公司是FPGA的生产设计方，完全掌握该类器件的核心技术，采用了专门设计的检测板、上位机检测软件以及IP核，能够较全面地完成对被测FPGA内部资源的单粒子效应检测和故障注入，但是试验应用的FPGA内部资源检测技术并未公开，大量技术国内无法获得，且其检测方法是将被测FPGA配置为固定逻辑功能，由外部计算机通过专用软件对器件通用内部资源进行检测，其检测方案不针对器件的具体应用逻辑；欧洲SAAB试验室也是和Xilinx公司合作，采用了专门设计的检测板、上位机检测软件以及IP核进行单粒子效应检测和故障注入，其检测技术细节未公开，国内无法获得。 

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了操作简单、检测全面、准确度高、实时性好、通用性强的SRAM型FPGA单粒子效应试验系统及方法。 

本发明的技术解决方案是：SRAM型FPGA单粒子效应试验系统包括：单片机处理器、RS232接口、USB接口、测试FPGA以及存储单元，其中： 

单片机处理器：接收外部传来的配置数据和控制命令，并将数据和命令送至测试FPGA；根据外部控制命令，设置测试FPGA为配置操作状态、刷新操 作状态、故障注入状态、单粒子翻转与功能中断检测操作状态和触发器翻转检测操作状态；从测试FPGA接收控制命令反馈信号和检测结果，并向外部输出；