SRAM FPGA电离辐射效应试验研究

针对sramfpga空间应用日益增多,以100万门sramfpga为样品,进行了单粒子效应和电离总剂量效应辐照试验.单粒子试验结果是:试验用粒子最小let为1.66mev·cm2/mg,出现seu(单粒子翻转);let为4.17 mev·cm2/mg,出现sefi(单粒子功能中断),通过重新配置,样品功能恢复正常;let在1.66～64.8mev·cm2/mg范围内,未出现sel(单粒子锁定);试验发现,随seu数量的累积,样品功耗电流会随之增加,对样品进行重新配置,电流恢复正常.电离总剂量辐照试验结果是:辐照总剂量75krad(si)时,2只样品功能正常,功耗电流未见明显变化.辐照到87 krad(si)时,样品出现功能失效.试验表明sram fpga属于seu敏感的器件,且存在sefi.seu和sefi会破坏器件功能,导致系统故障.空间应用sram fpga必须进行抗单粒子加固设计,推荐的加固方法是三模冗余(tmr)配合定时重新配置(scrubbing).关键部位如控制系统慎用sram fpga.

Virtex-5系列SRAM型FPGA单粒子效应重离子辐照试验技术研究

针对SRAM型FPGA在空间辐射环境下易发生单粒子效应,影响星载设备正常工作甚至导致功能中断的问题,开展了SRAM型FPGA单粒子效应地面辐照试验方法研究,提出了配置存储器(CRAM)和块存储器(BRAM)的单粒子翻转效应测试方法,并以Xilinx公司工业级Virtex-5系列SRAM型FPGA为测试对象,设计了单粒子效应测试系统,开展了重离子辐照试验,获取了器件的单粒子闩锁试验数据和CRAM、BRAM以及典型用户电路三模冗余前后的单粒子翻转试验数据;最后利用空间环境模拟软件进行了在轨翻转率分析,基于CREME96模型计算得到XC5VFX130T器件配置存储器GEO轨道的单粒子翻转概率为6.41×10^(-7)次/比特·天。

具有自检错功能的FPGA芯片配置方法设计及验证

SRAM型FPGA由于其较低的生产成本,可重复编程的灵活性,近年来在数字信号处理等领域越来越发挥出举足轻重的作用。但由于SRAM掉电后数据丢失的特性,SRAM型FPGA必须搭配外部储存对芯片进行配置。而在配置过程中,因为FPGA芯片工艺的复杂以及外界环境的干扰,难免导致配置信号在传输过程中出现错误。为了规避这种错误,提出一种基于CRC校验和回读技术来实现具有自动检错重配功能的FPGA配置方法。经过了功能验证、FPGA原型验证,在达到设计目的的同时,相较传统方法节约了60%的资源,并减少了近一半的配置时间。

基于改进准循环码的FPGA抗辐射容错方法

针对SRAM型FPGA在辐射环境中易受高能粒子影响发生单粒子多位翻转的问题,提出一种基于改进位交织技术的(16,8)准循环码抗单粒子多位翻转容错方法。在分析FPGA的典型多位翻转错误图样的基础上,采用软容错中的错误检测与纠正思想将传统的(16,8)准循环码和改进位交织技术相结合来提高编解码的软容错能力。仿真和硬件平台试验表明,该方法可以实现对FPGA中由于单粒子效应所导致的至多五位突发错误的纠正和两位随机错误的检测,同时具有编解码不额外增加冗余位、实现简单和容错能力强的特点,为增强SRAM型FPGA在应用过程中的抗单粒子翻转能力、提高相关系统的辐照可靠性提供了可行途径。

基于Xilinx Virtex-7系列FPGA器件配置存储空间PUF可行性探索

在静态随机存取存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)电路中,当电源启动并进行初始化时,SRAM单元通常会经历一个全面复位的过程。复位过程会导致SRAM单元内部的电荷分布形成一种特有的模式。提出了一种新的方法,利用配置内存中尚未使用的部分来识别电路,对8个Xilinx Virtex-7 FPGA进行总计200 000次的测量,评估了这种方法在同一电路中的一致性和在不同电路之间的差异性,以及随温度变化时和随时间老化后的稳定性。研究结果显示,SRAM物理不可克隆函数(PUF)能够有效地区分不同的FPGA电路。

SRAM型FPGA抗单粒子翻转技术研究

随着CMOS电路的高速发展以及SRAM型FPGA在航天领域的不断应用,空间辐照的影响,特别是单粒子效应对FPGA的影响尤为显著。为了提高FPGA在空间环境的可靠性,介绍了几种抗单粒子翻转方法,并对其进行了比较分析,实现了SRAM型FPGA抗单粒子翻转的系统设计,采用定时刷新的方法抑制翻转位累加,同时通过故障注入的方式对系统进行了实验测试,结果表明系统设计方法有效可行,既不中断FPGA正常工作,又可以及时纠正翻转位,为SRAM型FPGA在航天领域中应用提供可靠性保障。

SRAM型FPGA单粒子效应敏感性分析研究

首先描述了典型的SRAM型FPGA内部通常包含的三类基本资源,并分析三类基本资源内部不同功能的电路单元对单粒子效应的敏感性,归纳出Virtex系列SRAM型FPGA中6种类型的单粒子效应敏感结构单元,并得出这些敏感结构单元的单粒子翻转、单粒子功能中断、单粒子闩锁的检测方式,最后对SRAM型FPGA单粒子效应评估研究的发展趋势做了简要总结。

基于FPGA和SRAM的智能点胶机控制系统设计

介绍了一种基于FPGA和SRAM的新型点胶机智能控制系统,可以采用手动、自动和连动三种模式对开启时间进行控制,其步进时间为0.01s,调节范围为0.01s～999.99s。此系统利用FPGA高密度、高可靠性、可反复擦写和可以现场编程、灵活调制的特点,将整个系统的大部分功能集成在FPGA里,将系统运行过程中产生的数据存放在SRAM中,利用一个4×5的矩阵键盘为输入,五位的数码管和四个LED为输出,可以很方便地对点胶机的工作状态进行控制,并在不改变硬件结构的情况下,对系统进行升级。此系统还可用作其他设备和仪器的控制开关。

基于辐射回避的SRAM型FPGA瞬时电离辐射效应测试系统研制

介绍了瞬时电离辐射环境中SRAM型FPGA配置存储器测试的实现方法,提出了将辐射回避应用于FPGA瞬时电离辐射效应测试的方法,设计了可辐射回避的在线测试系统,并对FPGA进行了瞬时电离辐射效应实验。结果表明,测试系统能准确、可靠地进行配置存储器测试,辐射回避是实现大规模集成电路瞬时电离辐射效应测试的有效手段。

一种SRAM-FPGA在轨重构的工程实现方案

针对航天器电子系统在实际工程中要解决的星载资源受限、长寿命、高可靠等特殊问题,文章提出了一种基于静态随机存取存储器型现场可编程门阵列(SRAM-FPGA)在轨重构的方法及工程实施方案,对如何保证数据可靠传输与可靠存储等关键问题进行了讨论,并且给出了在某卫星工程中的具体设计方案和在轨验证情况。结果表明,采取的重构设计圆满完成了目标FPGA的功能升级以及在轨实时刷新,工作稳定正常,可以为其他航天器电子系统设计提供参考。

SRAM型FPGA单粒子翻转模拟系统研究

SRAM型FPGA在空间辐照环境下,容易受到单粒子效应的影响,导致FPGA存储单元发生位翻转,翻转达到一定程度会导致功能错误。为了评估FPGA对单粒子效应的敏感程度和提高FPGA抗单粒子的可靠性,对实现故障注入的关键技术进行了研究,对现有技术进行分析,设计了单粒子翻转效应敏感位测试系统,利用SRAM型FPGA部分重配置特性,采用修改FPGA配置区数据位来模拟故障的方法,加速了系统的失效过程,实现对单粒子翻转敏感位的检测和统计,并通过实验进行验证,结果表明:设计合理可行,实现方式灵活,成本低,为SRAM型FPGA抗单粒子容错设计提供了有利支持。

空间辐射效应对SRAM型FPGA的影响

以Xilinx的FPGA为例,结合相关试验数据,分析了空间总剂量效应、单粒子翻转、单粒子闩锁、单粒子功能中断、单粒子烧毁、单粒子瞬态脉冲和位移损伤等辐射效应对SRAMFPGA器件的漏极电流、阈值电压、逻辑功能等影响,分析了辐射效应的机理以及FPGA的失效模式。文章可以为SRAM型FPGA在航天领域中的应用提供参考。

星用SRAM型FPGA加固设计方法研究

结合实际工程实践,给出了解决常见的FPGA辐射失效问题的一些方法;分析了辐射效应对FPGA综合过程中经常出现的Half-latch的影响,并给出了几种设计时需要考虑的解决方法;最后提出了一种基于低等级FPGA器件的“由顶到底”的星载信号处理平台结构,分析了这种结构在对付辐射效应时的优势。给出的有关大规模可配置电子器件的设计方法可以为航天电子设备的设计提供参考。

SRAM型FPGA空间应用的可靠性设计方法

随着工艺特征尺寸逐渐趋近于纳米级,SRAM型FPGA越来越容易受到空间辐射环境的影响而导致系统故障.为了提高SRAM型FPGA在空间环境的可靠性,在对Xilinx系列SRAM型FPGA的单粒子效应故障模式进行分析的基础上,重点介绍了几种抗单粒子翻转方法,并对各种方法的适用范围、使用特点及应用情况等进行了比较分析.结果表明:选用基于SelectMAP接口和用户可自定义的纠检错方式实现对SRAM型FPGA的回读、纠检错和刷新设计;选择动态重配置设计方法实现系统的在线全部和部分重构设计是最为有效的可靠性设计方法.该回读、纠检错、刷新和部分重构设计方法已经在嫦娥五号试验器中得到在轨成功实施与验证.

SRAM型FPGA单粒子翻转失效率自动测试系统设计与实现

在航天应用时,辐射易敏SRAM型FPGA因单粒子翻转导致的在轨失效率必须满足设计要求;针对该在轨失效率的地面测试预计难题,提出了一种基于单粒子翻转空时特性仿真的自动注入测试方案,通过静态翻转截面测试和失效错误比的动态注入测试两个步骤,得到FPGA加载不同应用时的动态翻转截面;提出失效映射函数的概念,对测试原理进行了合理性解释;引入了时间维恒定失效概率特性,提出了一种注入集缩减方法,在确保单粒子翻转空时特性仿真的真实性的基础上,加快了测试速度;与高能粒子束流实验的结果对比表明,该自动测试系统测试结果的可信度达到了90%左右。

SRAM型FPGA的静态与动态单粒子效应试验

静态随机存取存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)在空间电子设备中取得了广泛的应用。但它内部大量的SRAM型存储单元极易发生单粒子软错误,特别是配置存储器中的单粒子翻转,有可能改变整个电路的结构,给其空间应用带来严重的可靠性问题。因此,有必要开展地面加速器模拟试验以评价该器件对单粒子效应的敏感程度,且对系统在空间中的失效行为进行预估。本工作在重离子加速器上对Xilinx的Virtex系列FPGA进行了单粒子效应试验,取得了典型器件的静态单粒子翻转截面曲线。针对3个测试电路进行的动态测试表明,系统的失效率远低于内部存储器发生翻转的频率,也不能简单地用资源占用率来进行估计。

SRAM型FPGA单粒子随机故障注入模拟与评估

在空间应用中,静态随机访问存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)电路会遭遇空间辐射环境单粒子效应(SEU)引起的逻辑位翻转错误.为了在设计过程中,快速对功能电路设计的容错防护能力进行评估,本文提出一种基于部分重配置技术的随机多位故障注入和统计评估的方法,可计算出动态翻转截面.并搭建了一个故障注入系统,以六路移位寄存器作为功能电路进行了多种参数组合(重复次数和注入位数)的随机故障注入试验.实验数据与传统方法数据进行对比,证明本文所述方法的可行和准确性.

QDR SRAM控制器的设计与FPGA实现

介绍一种新型静态存储器———QDR(Quad Data Rate)SRAM的存储器结构、与系统的接口连接、主要的操作时序。参考实际QDR存储器内部组成,利用FPGA实现存储器控制器的设计实现。旨在通过FPGA的快速、灵活、容易修改的特点,设计并实现在高速数据通信系统中,QDR静态存储器用于处理器和接口连接的外设之间的数据交换。着重分析QDR控制器的读/写操作状态机。

基于FPGA的ZBT SRAM接口控制器的设计

ZeroBusTurnaround(ZBT)SRAM是一种高速存储器 ,根据其操作接口的时序要求 ,本文介绍了一种基于AlteraStratix和StratixGXFPGA的ZBTSRAM接口控制器 ,在文中详细介绍了ZBTSRAM的接口时序和FPGA接口控制器的结构以及对ZBTSRAM的读写操作过程。

基于SRAM型FPGA抗单粒子措施研究

文章分析了空间辐射效应对SRAM型FPGA的影响,介绍了几种可行的空间抗单粒子的措施,比较了对于不同应用情况下几种缓解措施的优劣,对于SRAM型FPGA在空间辐射环境下的使用具有参考意义。