[发明专利]一种片上系统单粒子效应测试方法

说明书

技术领域

本发明属于单粒子效应测试领域，具体涉及一种片上系统单粒子效应测试方法。

背景技术

数字电路系统在空间辐射环境中，由于宇宙射线与高能粒子的辐照作用，有可能导致系统的半导体器件产生单粒子效应，严重影响数字电路系统的可靠性、有效性以及使用寿命。片上系统(SoC)根据其不同的功能需求包含了不同的数字电路、模拟电路、外设接口以及复杂的总线系统，并且体积小、质量轻、频率高、性能良好，因此其在航空航天领域有一定的应用价值。然而，半导体器件尺寸越来越小和工作电压越来越低，都意味着更容易产生单粒子效应，而且片上系统将多个功能模块集成在一个芯片上，错误类型将更加复杂，测量方法也更加复杂。因此，对于片上系统(SoC)单粒子效应测试尚未有统一的测试方法。

对于空间应用的片上系统，应该明确其内部的敏感模块，采用一定的方法进行抗核加固，使其满足空间应用需求。因此，需要对片上系统内部不同的功能模块在线测试，基于地面单粒子效应模拟实验。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种片上系统单粒子效应测试方法，能够进行在线准确测试片上系统内部不同功能模块的单粒子效应。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种片上系统单粒子效应测试方法，包括对片上系统微处理器中的寄存器、高速数据缓存D-cache、整数运算单元ALU、浮点运算单元FPU、直接内存存取DMA、片外及片内存储器以及外设单元进行单粒子效应动态测试；

所述测试方法包括如下步骤：

步骤1：在辐照试验前搭建好测试系统，包括设置在主控室中的上位机和电流测试模块以及设置在辐照间的功能测试模板，所述电流测试模块包括MSP430、放大电路和采样电阻R，所述功能测试模板包括SoC测试板和芯片；；所述电流测试模块，主要是通过将采样电阻R上的电压经过放大电路放大，然后经过AD转换及相应运算换算成电流值；所述上位机通过USB延长线与测试板的USB-UART线连接，采样电阻R接在上位机USB延长线内部的+5V的电源线上，放大电路将采样电阻上的电压经过放大后，由MAP430单片机经过AD转换及相关运算，最终将电流值输出在上位机软件上；

步骤2：通过上位机选择测试模块以及测试的次数，所述测试模块包括片上系统微处理器中的寄存器、高速数据缓存D-cache、整数运算单元ALU、浮点运算单元FPU、直接内存存取DMA、片外及片内存储器以及外设单元；辐照过程中循环测试片上系统中一个或者多个上述测试模块；

步骤3：检测测试模块的功能是否正常，所有的测试结果保存在日志中，包括电流值；

步骤4：当辐照注量或者累计的单粒子效应发生次数达到要求时停止测试；

步骤5：打开日志，统计错误结果。

所述对片上系统微处理器中的寄存器进行单粒子效应动态测试包括如下步骤：

1)保存被测试寄存器的初始值到外部存储器中；

2)在辐照时对被测试寄存器进行赋值操作，赋值完成后，保存寄存器的当前值在外部存储器中；

3)将外部存储器中被测试寄存器值与所赋的值进行比较，若两个值不相同，则说明发生了单粒子效应；

4)测试结束，被测试寄存器返回初始值；

5)上位机记录单粒子效应发生的次数以及错误数据。

所述对片上系统微处理器中的高速数据缓存D-cache进行单粒子效应动态测试包括如下步骤：

1)辐照时对高速数据缓存D-Cache进行赋值，赋值完成后将D-Cache中的数据写入外部存储器中；

2)对高速数据缓存D-Cache写入新值，然后使新写入的值无效，将外部存储器中已知的值重新写入高速数据缓存D-Cache中；

3)比较高速数据缓存D-Cache中的值是否为外部存储器中的值，若不相同，说明高速数据缓存D-Cache内部发生了单粒子效应；

上位机记录单粒子发生的次数及错误数据。

所述对片上系统微处理器中的整数运算单元ALU进行单粒子效应动态测试包括如下步骤：

1)辐照时整数运算单元ALU执行数学运算、逻辑运算以及移位运算；

2)将上述运算的结果与未辐照时正确的结果进行比较，若结果不一致，说明整数运算单元(ALU)发生了单粒子效应；

3)上位机记录单粒子效应发生的次数及错误数据。

所述对片上系统微处理器中的浮点运算单元FPU进行单粒子效应动态测试包括如下步骤：