基于双核锁步的多核处理器SEU加固方法

以单粒子翻转为代表的软错误是制约COTS器件空间应用的主要因素之一;为了满足空间应用对高集成卫星电子系统抗辐照防护的要求,提出了一种面向通用多核处理器的单粒子翻转加固方法,通过软件层面双核互检,在不额外增加硬件开销的前提下,充分提高了COTS器件的可靠性,具有良好的可移植性和较强的工程实用价值;进行软件故障注入实验,在程序执行的关键节点注入错误信息,验证该双核互检方法实用性;实验结果表明双核互锁方法可以100%检测出系统中产生的单粒子翻转,抗软错误能力满足应用需要。

异步FIFO抗SEU设计

在高空高能粒子的影响下,航天或航空电子设计中广泛使用的异步FIFO容易产生单粒子翻转,从而导致功能紊乱甚至失效。因此在面向航天或航空的高安全电子设计中需采用容错设计来提高异步FIFO电路的抗辐射能力。但传统的三模冗余设计应用于异步FIFO时有一定的局限性,会出现由指针错误引起的某一通道的数据持续出错、跨时钟域导致的输出数据不同步等降低三模冗余防护能力的问题。针对该问题,文中提出适用于异步FIFO的新的电路结构及三模冗余方案。经仿真证明,采用新三模冗余方案构建的异步FIFO在辐射环境下能快速纠正指针错误,同步三路冗余数据,使其具有更高的单粒子防护效果。

空间DSP信息处理系统存储器SEU加固技术研究

当前以高性能DSP为核心的信息处理系统被广泛应用于空间飞行器电子系统中。DSP系统为实现大数据量信息处理,通常需要扩展其外部存储器。而存储器件在空间应用中容易发生单粒子翻转(SEU:SingleEventUpset),使得存储器件中数据发生改变,从而导致系统计算结果错误,甚至可能导致系统功能失效。在介绍信息处理系统存储器件SEU机理的基础上,针对DSP信息处理系统存储器的结构特点,提出了一种基于"反熔丝型PROM+TMR加固设计FLASH+EDAC加固设计SRAM"结构的存储器SEU加固设计方案,并进行了原型实现。实验分析表明该设计具有较好的抗SEU性能和较强的实时性,可以为同类型的空间信息处理系统设计提供参考。

FinFET器件单粒子翻转物理机制研究评述

鳍式场效应晶体管(FinFET)器件由于其较高的集成度以及运算密度,已成为未来航天应用领域的重要选择。FinFET器件的辐射敏感性与其制作工艺和工作条件息息相关。为了解FinFET器件的单粒子翻转(SEU)敏感机制,文章结合国内外开展的相关研究,从SEU机理出发,分析了器件特征尺寸、电源电压和入射粒子的线性能量传输(LET)值等不同条件对器件SEU敏感性的影响,最后结合实际对FinFET器件SEU的研究发展方向进行展望。

刺五加及其复方防治帕金森病研究进展

帕金森病是中老年人常见的中枢神经系统慢性进展性疾病,发病机制复杂,致残率高,西医临床主要采用左旋多巴与卡比多巴复合使用,但长期用药会引起多种不良反应,患者无法被完全治愈。中医认为肝肾不足是引起帕金森病(parkinson’s disease,PD)的主要病机所在,刺五加作为传统中药,具有补肝肾、坚筋骨、强志意的作用,近年来,越来越多研究发现中药刺五加在帕金森病的治疗方面具有显著的临床价值。刺五加中所含的皂苷类、香豆素类、黄酮类等成分可通过保护多巴胺能神经元、抗氧化应激、保护线粒体、抗炎症反应、抑制神经元免疫、抑制富亮氨酸重复激酶2(leucine-rich repeat kinase 2,LRRK2)蛋白表达等多通路、多途径来防治帕金森病。该文通过检索国内外相关文献,对刺五加及其复方防治帕金森病的药理作用及作用机制进行归纳梳理,旨在为刺五加治疗帕金森病的进一步开发利用提供参考。

美国几架航天飞机所发生的SEU研究

本文对1991年美国发射的5架不同倾角不同高度的低地球轨道航天飞机所遇到的单粒子翻转事件进行了考查和研究．结果证实在极光区和南大西洋异常区仍可能发生大量单粒子事件，大大地影响到航天器的安全，对此文中给出了一些结论和建议．

一种高速时钟分配电路单粒子效应测试系统设计

时钟分配电路是电子系统中信号处理单元参考时钟及多路时钟分配的关键元器件,其跟随系统在宇宙空间中容易受宇宙射线辐照发生单粒子效应,进而影响系统性能指标甚至基本功能。为此,提出一种针对数字单元翻转的微测试方法,结合分段存储技术完成高速时钟分配电路的单粒子效应的在线测试系统设计。另外,在HI-13串列加速器与HIRFL回旋加速器上进行了试验验证,成功监测到单粒子翻转、单粒子功能中断等典型单粒子效应。最后根据试验数据并结合FOM方法进行了电路在轨故障率推算,这对于集成电路研制阶段的测试评估与应用阶段的系统验证都有重要意义。

一种新型的低功耗SEU加固存储单元

提出了一种新的SEU加固单元,该单元在保持Whitaker单元基本结构的基础上增加4个晶体管以消除电平退化.SPICE模拟结果表明该单元读写功能正确,静态电流较Whitaker单元下降了4个数量级,写入速度和其他单元相当.通过DESSIS和SPICE混合模拟表明,该单元在LET为94MeV/(mg·cm2)的Au离子撞击下没有发生翻转.

结构加固设计与东大迪普(SEU-DEEP)软件系统的研发

根据现行加固规范、规程以及其他相关的标准 ,编制了东大迪普 (SEU DEEP)结构加固设计软件系统 ,填补了国内关于结构加固设计领域计算机辅助设计的空白。

适用于纳米工艺的SET/SEU加固触发器设计

针对触发器在纳米级工艺下容易受空间辐射中单粒子效应的影响而产生软错误的情况,基于CPSH触发器结构,研究了一种对单粒子效应中SET/SEU加固的延时采样软错误防护(DSSEP)触发器结构。该触发器由延时采样单元、输入传输单元、软错误鲁棒存储锁存器和反相输出单元组成。延时采样单元对来自其他逻辑电路的输出数据进行采样,采样数据经输入传输单元写入软错误鲁棒存储锁存器,并通过一个反相输出单元输出。仿真结果表明,DSSEP触发器具有很好的SET/SEU加固能力。经过比较和分析,证明DSSEP触发器与具有同样SET/SEU加固能力的保护门触发器(GGFF)相比,在晶体管数目和传播延时方面仅为GGFF的62%和33%。

基因循环存储模块的SEU自检

胚胎电子细胞的基因循环存储模块在辐射空间容易受到单粒子翻转(SEU)影响,由于缺乏有效的自检手段,严重制约了胚胎电子阵列在深空等辐射环境中的应用。本文设计了一种新型的具有SEU自修复能力的触发器单元,并结合汉明纠错码,设计了一种新型的具有SEU自检和自修复能力的基因循环存储模块,可以在维持胚胎电子细胞阵列正常工作的情况下,实时有效的检测并修复1 bit SEU。以2 bit进位加法器为例,通过仿真实验,验证了胚胎电子细胞的SEU自检和自修复能力。

基于65 nm体硅CMOS技术的DICE-DFF和TMR-DFF SEU辐射硬化方法分析

基于65 nm体硅CMOS工艺,采用移位寄存器链方式对普通触发器(DFF)、2种双互锁触发器(DICE-DFF,FDICE-DFF)、普通触发器空间三模冗余(TMR-DFF)和2种普通触发器时间三模冗余(TTMR-DFF300,TTMR-DFF600)这6种结构进行单粒子翻转(SEU)性能试验评估。利用Ti、Cu、Br、I、Au和Bi这6种离子对被测电路进行轰击,试验结果表明,普通触发器单粒子翻转截面最大,约为3.5×10^(−8)~1.7×10^(−7) cm^(2)/bit;时钟间隔时间600 ps的时间三模冗余结构触发器单粒子翻转截面最小,约为5×10^(−11)~7×10^(−10)cm^(2)/bit,仅为普通触发器的0.1%左右。同时,针对6种触发器单元,从速度、面积、晶体管数量以及抗SEU性能多方面进行综合分析,为后续超大规模集成电路抗SEU设计提供了一定的指导意义。

基于DICE单元的抗SEU加固SRAM设计

DICE单元是一种有效的SEU加固方法,但是,基于DICE单元的SRAM在读写过程中发生的SEU失效以及其外围电路中发生的失效,仍然是加固SRAM中的薄弱环节。针对这些问题,提出了分离位线结构以解决DICE单元读写过程中的翻转问题,并采用双模冗余的锁存器加固方法解决外围电路的SEU问题。模拟表明本文的方法能够有效弥补传统的基于DICE单元的SRAM的不足。

基于March C-算法的SRAM芯片的SEU失效测试系统

为实现SRAM芯片的单粒子翻转故障检测,基于LabVIEW和FPGA设计了一套存储器测试系统:故障监测端基于LabVIEW开发了可视化的测试平台,执行数据的采集、存储及结果分析任务,板卡测试端通过FPGA向参考SRAM和待测SRAM注入基于March C-算法的测试向量,通过NI公司的HSDIO-6548板卡采集2个SRAM的数据,根据其比较结果判定SEU故障是否发生。该系统可以实时监测故障状态及测试进程,并且具有较好的可扩展性。

民用机载电子硬件的SEU效应FPGA仿真测试研究

针对民用机载电子硬件的现场可编程门阵列(FPGA)芯片高使用频率和长时间运行的特点,以及联邦航空管理局(FAA)等提出的审查条例对单粒子翻转效应(SEU)的防护要求,介绍了民用机载电子硬件的SEU效应评估研究的必要性。并且从民用机载电子硬件主流的三模冗余容错电路入手,设计了SEU效应仿真测试电路。将冗余系统与多时钟沿触发相结合,提高了系统的检错能力。对冗余系统进行仿真SEU故障注入,通过与参照单元的比较,可对SEU效应引起的失效的发生进行仿真测试。

星载扩频应答机抗SEU方法及验证

对星载扩频应答机抗单粒子翻转(SEU)的方法进行了研究,从单机层面提出了扩频应答机基带现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理(DSP)抗SEU的方法,包括配置存储区回读校验、"看门狗"、三模冗余、动态刷新和程序区巡检等设计方法;从系统层面提出了由星上特定设备根据规定的原则对扩频应答机进行关机和开机操作的有效解除单粒子故障的方法。根据我国S频段非相干扩频应答机在轨飞行试验结果,单机发生SEU后自主恢复的概率超过99%,其余1%采用系统级的方法进行了恢复,验证了文章所述方法的有效性和正确性。

CMOS APS用移位寄存器抗SEU加固方法

电离辐射环境中使用的CMOS有源像素图像传感器(APS)的基于反相器的准静态移位寄存器容易发生单粒子翻转(SEU),而致使CMOS APS不能正常工作。本文对基于反相器的准静态移位寄存器中的单粒子翻转效应进行了分析,其对单粒子瞬态(SET)最敏感的节点存在于反相器的输入端,反相器的输入阈值电压和输入节点电容决定了其抗SEU的能力。提出了用施密特触发器代替反相器的加固方案,因施密特触发器的电压传输特性存在一滞回区间,所以有更高的翻转阈值,从而可获得更好的抗SEU能力。仿真结果表明,采用施密特触发器的移位寄存器结构较原电路结构的抗SEU能力提高了约10倍。

超声法与闪式提取法提取刺五加中刺五加苷B的工艺对比研究

本试验采用正交试验优化超声法和闪式提取法提取刺五加中刺五加苷B的提取工艺,并对两种提取方法的最佳工艺进行对比研究。以刺五加苷B的提取率为评价指标,设计L_(9)(3^(4))超声法和闪式提取法的正交试验,以高效液相色谱法测定刺五加苷B的含量。结果显示:超声法提取率高于闪式提取法,最佳提取工艺为提取溶剂30%乙醇,超声功率200 W,提取时间0.75 h,料液比1:5(g/mL)。本研究可为刺五加在饲料领域的开发和利用提供参考。

基于XC7V690T的在轨抗单粒子翻转系统设计

针对核心工业级SRAM型FPGA芯片XC7V690T抗辐照能力较弱、在轨运行期间存在较高单粒子翻转风险的问题,为了提高XC7V690T在轨抗单粒子翻转的能力及配置文件注数修改的灵活性,设计了一种基于XC7V690T的在轨抗单粒子翻转系统架构;其硬件架构主要由XC7V690TSRAM型FPGA芯片、AX500反熔丝型FPGA芯片以及多片FLASH组成;软件架构主要包括AX500反熔丝型FPGA对XC7V690T进行配置管理及监控管理,对XC7V690T进行在轨重构管理,XC7V690T通过调用内部SEM IP核实现对配置RAM资源的自主监控和维护;在轨实验结果表明,采用工业级SRAM型FPGA芯片XC7V690T的某航天器通信机在轨测试过程中成功进行了SEM纠错,通信机在轨工作正常,通信链路稳定,满足使用要求,表明该系统架构可以有效提升XC7V690T抗单粒子翻转能力,可以为其他SRAM型FPGA抗单粒子翻转设计提供借鉴与参考。

一种针对SEU的同步纠错流水线设计

单粒子效应是星载计算机工作异常和发生故障的重要诱因之一,国内外多颗卫星曾遭受了单粒子效应的危害,造成巨大的经济损失。文章提出了一种同步纠错的流水线结构,对错误的检测与纠正进行了任务分解;当存在可纠正错误时,将纠正后的数据写入寄存器堆之后重启流水线。采用直接纠错流水线技术的Longtium-FT2容错处理器的抗辐射总剂量能力在采用普通商用加工工艺实现时达到了30 krad(Si)。