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    188宝金博页面版: 基于TMR的FPGA单粒子加固试验探究_黄锦杰

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    内容提示： 　　 文章编号:0427-7104(2011) 04-0477-08收稿日期:2010-11-24作者简介:黄锦杰(1986—) , 男, 硕士研究生;俞　军, 男, 副教授, 通讯联系人, E-mail:yujun@fudan.edu.cn.基于 TMR 的 FPGA 单粒子加固试验探究黄锦杰 1, 2 , 孙　鹏 2 , 沈鸣杰 2 , 俞　军 1,2(1.复旦大学 专用集成电路与系统国家重点实验室, 上海 201203;2.上海复旦微电子股份有限公司, 上海 200433)摘　要:设计了一个可对基于静态随机存储器的现场可编程门阵列进行单粒子效应测试的系统.采用三模冗余和定时回读重配的方法对待测器件进行单粒子加固.测试电路为移位寄存器链, 定时回读...

    文档格式：PDF | 页数：8 | 浏览次数：19 | 上传日期：2023-04-22 09:21:39 | 文档星级：
    　　 文章编号:0427-7104(2011) 04-0477-08收稿日期:2010-11-24作者简介:黄锦杰(1986—) , 男, 硕士研究生;俞　军, 男, 副教授, 通讯联系人, E-mail:yujun@fudan.edu.cn.基于 TMR 的 FPGA 单粒子加固试验探究黄锦杰 1, 2 , 孙　鹏 2 , 沈鸣杰 2 , 俞　军 1,2(1.复旦大学 专用集成电路与系统国家重点实验室, 上海 201203;2.上海复旦微电子股份有限公司, 上海 200433)摘　要:设计了一个可对基于静态随机存储器的现场可编程门阵列进行单粒子效应测试的系统.采用三模冗余和定时回读重配的方法对待测器件进行单粒子加固.测试电路为移位寄存器链, 定时回读的间隔约为 80 ms, 测试时钟为 10 MHz.在非辐照环境下先进行了单粒子翻转的仿真试验, 获得系统基本参数后, 在兰州中科院近代物理研究所进行了重离子单粒子效应辐照试验.试验芯片为商用 FPGA, 辐照试验增加单粒子闩锁监控, 观察不同注量率下待测器件的加固效果.分析仿真试验与辐照试验结果, 系统可正确实现加固与测试功能, 也证明三模冗余技术结合回读重配方法能够提高 FPGA 芯片的单粒子加固能力.关键词:三模冗余;基于静态随机存储器的;现场可编程门阵列;单粒子加固;回读重配中图分类号:TN 406;TN 407 　　　　　　　　文献标志码:A近年来, 现场可编程门阵列( field programmable gate array, FPGA) 在航天及武器系统领域中得到了广泛的应用.其中, 开发成本低且可重构的基于静态随机存储器( static random access memory, SRAM)的 FPGA 尤为引人关注 .但是相较于专用集成电路( application specific integrated circuit, ASIC) 和反熔丝结构的 FPGA, 此类 FPGA 更容易受到单粒子效应( single event effect, SEE) 的影响, 单粒子效应包括单粒子闩锁( single event latch-up, SEL) , 单粒子翻转( single event upset, SEU) 和单粒子瞬变( singleevent transient, SET) , 其中 SEU 的影响尤甚, 也是系统主要考虑的对象.对于基于 SRAM 的 FPGA, 其SEU 加固和测试方法在国外已经有比较成型的理论和试验经验, 但由于相关技术上的封锁以及试验条件和资源上的限制, 国内这方面的研究还处于探索阶段.如何对基于 SRAM 的 FPGA 进行 SEU 方面的加固并进行有效的测试评估, 成为一个迫切需要解决的问题.本文设计了一个可对基于 SRAM 的 FPGA 进行单粒子效应测试的系统.参考航天领域比较广泛应用的 FPGA 类型, 选取了其中一款 FPGA 作为样片, 对其进行了单粒子辐射效应的仿真和辐照的摸底测试.在仿真条件下, 得到了 1 至 3 个配置位发生翻转时三模冗余( triple module redundant, TM R) 配合回读重配对待测器件( device under test, DUT) 的加固效果 ;在辐照条件下, 得到样片配置位的单粒子翻转截面及 TMR 配合回读重配对 DUT 的加固效果.该系统对于我国基于 SRAM 的 FPGA 在航天领域中的应用提供了一种单粒子加固和测试的方案.1 　测试系统架构与加固方法图 1 是系统板结构框图, 它由控制 FPGA( CTL) 、微处理单元( MCU) 、待测 FPGA( DUT ) 、测试FPGA( TST) 以及配置信息存储模块( RAM) 等部分组成 .其中 MCU 主要用于接收远端的控制 PC 发送的各项操作指令, 解析后转换为一定格式, 通过一个 8 位的并口将指令发送给控制 FPGA .控制 FPGA 接收到来自 MCU 的指令后选择并进行相应操作, 如配置 DUT, TST, 启动测试向量发生模块 .RAM 中所存的数据包括 DUT 配置文件 、TST 配置文件、DUT 配置回读文件、每帧的循环冗余码校验值( cyclicredundancy check, CRC) , 和试验过程中需要使用的SelectMap( Xilinx Virtex Ⅱ系列的一种配置方式, 参第 50 卷 　第 4 期2011 年 8 月复 旦 学 报 ( 自然科学版)Journal of Fudan University ( Natural Science)Vol .50 No .4Aug .2011DOI :10.15943/j.cnki .fdxb -jns.2011.04.013

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