[发明专利]一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法

说明书

本发明一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法，其中监控单元的关键参数加载模块将存储在外部存储器的监控配置参数加载到监控单元；所述监控配置参数放置在按照设定格式生成的存储文件中；监控单元的中央控制模块执行对目标FPGA上电后的程序加载；中央控制模块监测目标FPGA的加载完成确认信号，等待对目标FPGA程序加载成功；收到目标FPGA的加载完成确认信号，确认目标FPGA程序加载完成。本发明只需修改外部存储器中的监控配置参数就可以选择不同的工作接口对具有回读功能的任意数量的FPGA进行抗辐射加固设计，因此能够实现对多个SRAM型FPGA的多功能、可配置的加固设计。

技术领域

本发明涉及空间辐射效应加固技术，尤其涉及一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法。

背景技术

随着CMOS工艺尺寸的缩小，工作在空间环境的集成电路受单粒子错误带来的失效问题影响愈来愈严重。未来数据中继卫星、宽带通讯卫星、遥感卫星、无线电侦察卫星、导航卫星、预警卫星等都需要性能强大的星载处理平台(OPP，On-board ProcessingPlatforms)以确保太空支援能力，这些星载处理平台主要由FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)、DSP、ADC、DAC等芯片为主要元器件搭建。而这些大规模集成电路器件，尤其是SRAM(Static RAM，静态随机存储器)型FPGA极易受空间SEE(singleevent effect，单粒子效应)的影响。空间单粒子效应的存在严重威胁着航天器的可靠性和工作寿命。

单粒子效应的主要包括SEU(单粒子翻转single event upset)、SET(单粒子瞬态脉冲single event transient)、SEL(单粒子锁定single event latch)等，其中SEU时最主要的表现形式。对于SRAM型FPGA，由于其采用的SRAM工艺，极易发生单粒子效应，尤其是单粒子翻转。从单粒子翻转的比例来看，配置存储器所占的比重最大，其次为LUT型的RAM、块状RAM和触发器，其他的单粒子效应如SET、SEFI所占的比例较小，配置存储器的SEU是FPGA单粒子效应故障的最主要表现形式。

SRAM型FPGA是卫星信号处理的核心器件，其进行加固设计技术的研究历来受到航天行业的重视。目前常见的加固方法有：(1)回读刷新，通过FPGA的接口(如SelectMap、JTAG)回读FPGA的位流，然后通过位流校验检查位流是否有翻转错误，如果有错误，则进行刷新消除错误；(2)定时刷新，通过定时用正确的位流刷新FPGA的配置位流来消除潜存的错误；(3)三模冗余，对一些系统关键参数进行三倍存储在读取的时候进行表决而提高参数的可靠性；(4)其他加固方法，如通过软件代码设计加固、时间三模冗余、FPGA布局布线加固等。目前的加固设计方法存在如下问题：

(1)仅针对具体位置或者参数进行加固，在系统的整体监控和加固层面设计不多；

(2)刷新回读仅通过单一的接口，存在接口不够灵活、可配置项不够多的情况

(3)系统层面的加固方法仅针对单片FPGA而不能对多片FPGA进行加固，而未来的卫星应用中由于信号处理任务的复杂性和多样性，必将有多片FPGA应用在同一卫星。

发明内容

本发明针对现有技术的问题，提出了一种多功能可配置的抗单粒子辐射系统及方法，其能够实现对多个SRAM型FPGA的多功能、可配置的加固设计。

本发明提供一种多功能可配置的抗单粒子辐射方法，其包括：

步骤S10，监控单元的关键参数加载模块将存储在外部存储器的监控配置参数加载到监控单元；所述监控配置参数放置在按照设定格式生成的存储文件中；

步骤S20，监控单元的中央控制模块执行对目标FPGA上电后的程序加载；

步骤S30，中央控制模块监测目标FPGA的加载完成确认信号，等待对目标FPGA程序加载成功；