基于动态可重构FPGA的时序电路在线故障检测与容错设计

发布时间：2020-08-02 06:06

【摘要】：SRAM型FPGA密度高、性能好、成本小和可编程等一系列的优点使它越来越博得空间应用设计者的青睐。特别它的可编程特性,在远程的空间应用中发挥了重要作用,用户可以根据需要在任何时刻短时间内进行重编程,这样就为在轨修改设计提供了方便,甚至可以用来远程容错系统,大大节约容错成本。但是他的优点从某种角度又是缺点,由于它的易挥发,在恶劣环境下很容易受到干扰,造成电路功能的错误。 SRAM型FPGA的电路系统都由可定制逻辑单元SRAM实现,SRAM型FPGA在宇宙辐射环境下受空间粒子干扰产生SEU。SEU在组合电路产生的瞬态脉冲由于实现逻辑和布线的SRAM单元发生位翻转被转化为永久效应,时序电路中表现为可以在下次采样消除的位元变换。一个高效的SEU免疫电路既能保证组合逻辑中出现的非正常瞬态脉冲不被存储起来,又能保证存储单元绝不会有位元变换出现。已有的缓解SEU的方法大多基于时间或硬件冗余,或两者相结合的方式。全时间冗余利用瞬态脉冲的特性,在三个不同的时刻锁存组合逻辑的输出(三个时刻相差d)由判决器选择正确的输出。全硬件冗余就是通常所用的TMR,面积功耗大。这种方法的面积消耗来自附加采样锁存器的输出和由于影响性能的瞬态脉冲成倍增长的持续期。 SEU的行为特性,导致用于ASIC系统的标准容错方法不可靠,例如检错纠错码。根据SEU在组合逻辑和时序逻辑中的不同的故障表征,本论文提出了一种新的两级式硬件冗余技术并结合FPGA的动态重配置特性,对基于SRAM型FPGA时序系统进行在线测试和容错的模块级架构。整个架构保证不中断系统运行的情况下实现了故障掩盖、故障检测、故障定位和故障修复的功能。 本论文从该研究的背景意义入手,详细讨论了SRAM型FPGA特殊结构及其实现逻辑在干扰环境下的表征,接着回顾了以往的检测技术容错技术,然后提出本论文的设计思想,深入阐述了整个设计的结构和流程,最后给出仿真和测试的结果,证明了设计的正确性。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH165.3
【图文】：

第二章基于SRAM的FPGA架构及受干扰原理，相当于LUT单元或控制布线单元的某一位发生了位翻转。LUT存储单元个翻转修改了所实现的组合逻辑。如图2一5。这是个永久性效应，只有重新置位流才能被纠正。翻转效应与LUT定义的组合逻辑中固定型故障相关。味着，发生在FPGA实现的组合逻辑中的翻转将会被存储单元锁存，除非种检测技术。

第二章基于SRAM的FPGA架构及受干扰原理合逻辑，相当于LUT单元或控制布线单元的某一位发生了位翻转。LUT存储单元中的一个翻转修改了所实现的组合逻辑。如图2一5。这是个永久性效应，只有重新下载配置位流才能被纠正。翻转效应与LUT定义的组合逻辑中固定型故障相关。这就意味着，发生在FPGA实现的组合逻辑中的翻转将会被存储单元锁存，除非使用某种检测技术。用户设计又鬓1型翻转了产葛3型翻转2型翻转El一E2一E3一E4\国配置存储单元SEU (Bitflip)图2并电路故障及对应的FPGA架构受干扰效应图2一SLUT中的干扰布线中的翻转会导致矩阵中连线的连接和分离。这也是个永久性效应，映射为组合逻辑的开路或短路，只有通过重新下载位流才能被修复。当翻转发生在综合于FPGA的时序电路，它是个瞬态效应，因为CLB触发器中的翻转可在下一个触发器时钟采样被纠正。

礴SystemACE结构

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本文编号：2778259