基于FPGA的单粒子翻转效应探测系统研究

发布时间：2022-10-29 22:14

　　现场可编程门阵列（FPGA）以其设计周期短、可重复编程、低成本、操作灵活等优点,而广泛应用于当前众多空间电子系统中。然而,随着集成电路进入纳米尺度,由空间辐射而导致FPGA发生单粒子翻转效应（SEU）的风险愈加严重,进而影响FPGA内部存储单元存储信息的有效性,引起电子系统故障。因此,开展FPGA中SEU效应的探测研究具有重要的实际价值。本论文基于FPGA开发板研究并实现了一款SEU探测系统,可用于FPGA电路中触发器单元SEU效应的探测和评估。该探测系统由测试向量生成模块、测试结果分析模块、同步控制模块以及测试结果上传模块四个部分组成。其中,测试向量生成模块可为插入扫描链的待测FPGA电路提供测试向量;测试结果分析模块接收来自待测FPGA单元的响应,并在FPGA探测系统内部进行逻辑判断,判断测试响应是否与期望响应相同,从而判断待测FPGA是否发生了SEU效应,并统计出错的触发器数目;同步控制模块用于实现FPGA探测系统、待测FPGA电路以及SEU故障注入设备三者之间的协议握手。测试结果上传模块统用于计发生SEU的触发器数目,并通过串口RS232将出错的触发器个数上传至上位机。通过上述... 

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 单粒子翻转效应的研究现状
        1.2.2 故障注入方法的研究现状
    1.3 研究内容与章节安排
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 章节安排
第二章 单粒子翻转效应及其探测系统的基本理论
    2.1 单粒子翻转效应介绍
        2.1.1 单粒子翻转效应产生机理
        2.1.2 单粒子翻转效应对时序电路的影响
    2.2 可测性设计技术
        2.2.1 基于扫描的设计
        2.2.2 内建自测试
        2.2.3 边界扫描测试
    2.3 故障注入技术
        2.3.1 基于模拟的故障注入方法
        2.3.2 基于硬件的故障注入方法
        2.3.3 基于软件的故障注入方法
    2.4 FPGA的单粒子翻转探测方法
        2.4.1 单粒子翻转效应对FPGA的影响
        2.4.2 单粒子翻转静态测试
        2.4.3 单粒子翻转动态测试
    2.5 本章小结
第三章 待测集成电路扫描链设计
    3.1 基于ASIC的扫描链设计
        3.1.1 ASIC扫描链设计流程
        3.1.2 自动测试向量生成
        3.1.3 测试向量仿真验证
    3.2 基于FPGA的扫描链设计
        3.2.1 FPGA扫描链设计流程
        3.2.2 FPGA扫描链电路功能验证
    3.3 本章小结
第四章 基于FPGA的单粒子翻转效应探测系统研究与实现
    4.1 基于FPGA的单粒子翻转效应探测系统顶层模块设计
    4.2 测试向量生成模块
        4.2.1 测试向量生成模块信号描述
        4.2.2 测试向量生成模块设计方案
    4.3 测试结果分析模块
        4.3.1 测试结果分析模块信号描述
        4.3.2 测试结果分析模块设计方案
    4.4 同步控制模块
        4.4.1 同步控制模块信号描述
        4.4.2 同步控制模块设计方案
    4.5 测试结果上传模块
        4.5.1 测试结果上传模块信号描述
        4.5.2 测试结果上传模块设计方案
    4.6 本章小结
第五章 单粒子翻转效应故障注入实验及结果分析
    5.1 单粒子翻转效应实验系统的搭建
        5.1.1 基于FPGA的 ISCAS’89 待测电路扫描链设计
        5.1.2 单粒子翻转效应故障注入实验设置
        5.1.3 单粒子翻转实验系统设计
    5.2 实验结果及分析
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]民用飞机单粒子翻转问题研究[J]. 唐志帅,王延刚,刘兴华.  电气自动化. 2017(06)
[2]用于硬件模拟平台调试的低资源消耗扫描链插入方法[J]. 李涛,刘强.  计算机辅助设计与图形学学报. 2016(06)
[3]FPGA可编程逻辑单元测试方法研究[J]. 邱云峰,秦鲁东.  计算机与数字工程. 2015(01)
[4]基于全扫描技术的可测性研究与应用[J]. 杨圣楠,王法翔.  中国集成电路. 2014(08)
[5]高可靠性片上系统总线结构的参数优化[J]. 叶凝,应忍冬,朱新忠,李超,刘佩林.  计算机与现代化. 2013(09)
[6]集成电路可测试性前端设计环境构建[J]. 鄢斌,谷会涛,赫芳.  信息安全与通信保密. 2012(12)
[7]一种基于数据流分析的故障序列生成方法[J]. 谭兰芳,谭庆平,徐建军.  小型微型计算机系统. 2012(04)
[8]星用微处理器抗单粒子翻转可靠性预示研究[J]. 李强,高洁,刘伟鑫.  核技术. 2010(11)
[9]SoC中混合信号测试与可测性设计研究[J]. 魏淑华,侯明金.  计算机研究与发展. 2010(S1)
[10]一个基于扫描方法的DFT设计与实现[J]. 张炜杰,陈亦灏,沈怿皓,赖宗声,段春丽.  微电子学与计算机. 2008(05)

硕士论文
[1]铁电存储器单粒子效应关键影响因素研究[D]. 魏佳男.湘潭大学 2017
[2]FPGA性能可靠性测试方法研究[D]. 张茜.北京理工大学 2016
[3]SoC片上系统测试调度优化技术研究[D]. 李俊博.哈尔滨工业大学 2015
[4]基于OR1200的UHF RFID阅读器数字基带处理SoC设计[D]. 罗秋娴.南京航空航天大学 2013
[5]基于动态可重构技术的FPGA中SEU故障容错方法研究[D]. 费亚男.哈尔滨工业大学 2013
[6]基于FPGA的电路可靠性设计和测试方法研究[D]. 徐衡.复旦大学 2013
[7]密码芯片安全扫描结构与安全扫描方法[D]. 欧阳冬生.浙江大学 2013
[8]SoC测试优化及其应用技术研究[D]. 向刚.哈尔滨工业大学 2011
[9]宇航用FPGA单粒子效应及监测方法研究[D]. 谢楠.西安电子科技大学 2011
[10]无线传感器网络节点芯片的低功耗设计与实现[D]. 艾金鹏.华中科技大学 2009



本文编号：3698513