基于FPGA的故障注入系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著新型國產(chǎn)多核處理器在航天軍用等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，對新型國產(chǎn)多核處理器計算平臺的可靠性愈來愈重要。針對可靠性進行驗證，主要是在基于龍芯以及在航天國防上有廣泛應(yīng)用的SPARC多核處理器可靠性FPGA仿真驗證平臺。
　　航天國防中的電子系統(tǒng)愈來愈復(fù)雜，F(xiàn)PGA作為數(shù)字系統(tǒng)中的代表，有著集成度高、研發(fā)成本低、開發(fā)周期端等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于航天國防。然而，在太空的輻射環(huán)境中，存在各種各樣的高能粒子，高能粒子對FPGA的影響格外顯著

2、，其原因是高能粒子可以改變 FPGA內(nèi)部的配置存儲器的信息，即發(fā)生配置存儲器的0/1翻轉(zhuǎn)。高能粒子或者改變 FPGA邏輯功能區(qū)的配置信息使系統(tǒng)中斷，或者改變FPGA RAM單元使數(shù)據(jù)錯誤或者丟失，都將最終導(dǎo)致運行在FPGA上的系統(tǒng)或者功能部件異常甚至失效。
　　在一般情況下，沒有條件模擬外太空的輻射環(huán)境，為了驗證新型國產(chǎn)多核處理器計算平臺的可靠性，需要軟件模擬外太空輻射環(huán)境。Xilinx公司有一類IP核，軟錯誤緩解（SEM）IP核

3、可以實現(xiàn)模擬FPGA芯片上的邏輯狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。
　　為了實現(xiàn)可靠性FPGA仿真驗證平臺的搭建，模擬單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)，本文在分析了SEM核結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究設(shè)計了對FPGA內(nèi)部的配置存儲器信息的改變的方法，即基于FPGA故障注入系統(tǒng)的研究。本文搭建了以Xilinx Spartan-6 FPGA芯片為核心的單粒子翻轉(zhuǎn)的測試驗證平臺；研究了對FPGA芯片內(nèi)部的配置存儲器信息進行回讀的原理；最后，設(shè)計完成了回讀配置信息的方法與故障注入信息內(nèi)容