[发明专利]一种用于SRAM型FPGA的快速可靠性评估方法

说明书

技术领域

本发明属于电路可靠性评估技术领域，特别涉及SRAM型FPGA的可靠性评估方法，具体是一种用于SRAM型FPGA的快速可靠性评估方法。

背景技术

SRAM型FPGA是目前市场上主流的FPGA电路结构，它在航天、医疗、汽车等领域均得到广泛的应用。但是，SRAM型FPGA在高能粒子的轰击下，容易发生软错误，软错误主要表现为：FPGA的电路配置比特，即SRAM单元发生改变，造成电路拓扑逻辑错误；FPGA触发器存储的逻辑值发生改变，导致电路运行状态错误。随着芯片制造工艺的不断进步，芯片特征尺寸越来越小，FPGA发生软错误所需要的高能粒子轰击能量随之降低，导致SRAM型FPGA的软错误发生率越来越大。因此，在设计过程中，通常要对SRAM型FPGA进行可靠性评估，进而指导可靠性优化。

SRAM型FPGA的可靠性评估方法主要分为两类：基于硬件模拟的可靠性评估方法和基于软件的可靠性评估方法。基于硬件模拟的可靠性评估方法需要辐照等硬件实验设备，将SRAM型FPGA芯片放置于辐照环境中，模拟SRAM型FPGA芯片的实际工作环境，观察并分析SRAM型FPGA芯片受到高能粒子轰击后的故障发生情况，从而评估SRAM型FPGA芯片的可靠性。但是，基于硬件模拟的可靠性评估方法需要价格高昂的设备，而且一般用于在电路设计后期评估可靠性，无法在电路设计前期指导电路可靠性的优化。一般情况下，基于硬件模拟的可靠性评估方法仅用于对SRAM型FPGA芯片进行芯片特性分析。

基于软件模拟的可靠性评估方法仅通过软件程序模拟SRAM型FPGA电路发生故障的情况，无需搭建硬件辐照平台，且在电路网表生成后即可进行可靠性评估，在电路设计初期即为可靠性优化提供有效的指导。因此，SRAM型FPGA可靠性评估主要使用基于软件模拟的方法。

目前，基于软件模拟的可靠性评估方法采用的指标是软错误率SER(Soft Error Rate)。SRAM型FPGA的软错误率SER的计算方法可分为两类，分别是：基于蒙特卡洛的可靠性评估方法(下文中简称为蒙特卡洛法)和基于概率分析的可靠性评估方法(下文中简称为概率分析法)。蒙特卡洛法需要遍历所有待评估故障和输入向量。首先选取一个待评估故障F，然后遍历所有可能的输入向量，对于每个输入向量P，分析该输入向量P下故障F是否使电路失效，具体的分析方法是计算输入向量P下电路正常的输出结果，以及故障F下向量P输出电路后所得的输出结果，如结果不同则判断电路失效。待遍历所有输入向量和所有待评估故障后，即可得出SRAM型FPGA的软错误率SER。

蒙特卡洛法具有非常高的计算精度。然而，它需要对电路所有可能的输入向量进行分析。对于N个输入的电路，每个待评估故障都需要分析2^N个输入向量。随着电路规模的增加，输入向量的数目呈指数增加，电路中待评估故障的数目也随之增加，因此，计算故障传播概率需要非常长的时间。例如，对于一个一万门的电路，采用蒙特卡洛法计算故障传播概率需要整整一年的时间。

概率分析法同样需要遍历所有待评估故障，但与蒙特卡洛法不同，它不需要遍历所有输入向量，因此可以有效的减少计算时间。概率分析法计算软错误率SER的计算公式如下：

SER=Σi=1NFNERi×EPPi]]>