面向先進(jìn)FPGA器件的單粒子翻轉(zhuǎn)軟錯(cuò)誤研究.pdf

1、隨著現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)PGA器件在航空航天、軍事和各類(lèi)商業(yè)電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)的專(zhuān)用集成電路器件，基于FPGA器件的應(yīng)用開(kāi)發(fā)具有周期短、成本低以及可重配置等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而在輻射環(huán)境下，F(xiàn)PGA器件內(nèi)部存在的大量可編程單元極易受到高能粒子的影響而發(fā)生單粒子軟錯(cuò)誤效應(yīng)，導(dǎo)致器件的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化而失效。因此，面向 FPGA器件的軟錯(cuò)誤防護(hù)與加固問(wèn)題已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究的熱點(diǎn)。
　　本文的研究首先基

2、于故障注入的測(cè)試方法，建立了FPGA軟錯(cuò)誤的硬件評(píng)估平臺(tái)，對(duì)先進(jìn)FPGA的器件結(jié)構(gòu)及其軟錯(cuò)誤效應(yīng)進(jìn)行了詳盡的分析。分析結(jié)果表明，F(xiàn)PGA的互連資源更易受到高能粒子影響而發(fā)生軟錯(cuò)誤。進(jìn)一步，在軟錯(cuò)誤效應(yīng)硬件評(píng)估的基礎(chǔ)上，本文對(duì)FPGA器件結(jié)構(gòu)和軟錯(cuò)誤行為進(jìn)行了軟件建模，構(gòu)建了軟錯(cuò)誤軟硬件協(xié)同評(píng)估平臺(tái)，從而能夠?qū)涘e(cuò)誤效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確地軟件仿真，為下一步的軟錯(cuò)誤檢測(cè)和防護(hù)設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)確的評(píng)估工具和手段。
　　接下來(lái)，本文的研究面向軟錯(cuò)誤的

3、檢測(cè)和防護(hù)問(wèn)題，進(jìn)一步提出了一種基于冗余互連資源的雙備份比較檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)充分利用設(shè)計(jì)中互連資源存在較多冗余這一現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)了高效的冗余互連資源搜索算法，并借助對(duì)FPGA結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單修改，實(shí)現(xiàn)了對(duì)互連資源軟錯(cuò)誤的高效在線檢測(cè)。最后，借助已建立的軟錯(cuò)誤軟硬件評(píng)估平臺(tái)，本文對(duì)提出的雙備份比較檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了全方位的評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于冗余互連資源的雙備份比較技術(shù)能夠在較低的面積與時(shí)序開(kāi)銷(xiāo)下對(duì)不同的設(shè)計(jì)達(dá)到較好的軟錯(cuò)誤檢測(cè)效果，一般能達(dá)到60