深亚微米FPGA板级互联抗软错误方法研究及应用

发布时间：2020-03-27 08:08

【摘要】：FPGA由于其可重构、开发成本低、高性能等优势使其应用越来越广泛。其中SRAM型FPGA在航天领域得到应用之后取得了重大突破,FPGA在航天领域应用就引起了国内外关注。而由于FPGA制造工艺提高,其特征体积和工作电压也逐渐减小,以及SRAM型FPGA的存储易失性等。在宇宙空间高能粒子辐射下,容易发生单粒子翻转。如果这种翻转不及时纠正,随着其传播,可能导致整个系统崩溃,造成不可挽回的损失。围绕SRAM型FPGA抗软错误方法研究,主要工作如下。首先分析单粒子翻转的来源,并通过建模得到单粒子翻转概率计算公式,进而得到单粒子翻转与器件结构和外部环境的关系。根据国内外在抗软错误研究上提出的方法,阐述本论文将从汉明码、定时刷新、TMR三个方面出发,介绍其原理和仿真过程。本论文主要研究对象是基于SRAM型FPGA板级互联之间的抗软错误方法,在此基础上设计开发了一套FPGA开发板HPDAQMini_2.0作为实验平台,并详细介绍了FPGA开发板的设计流程。在本人研究生期间所做的一个项目“PC104检测平台设计”中的串口通信中加入SEM IP核和TMR容错方法,介绍了SEM IP核的实现过程和UART接口的全三模冗余实现过程。最后,对本文工作做了简要总结,并针对不足之处做了展望。本文研究意义旨在推进抗软错误方法的研究,给FPGA在辐射环境中运行时提供抗软错误的基本需求。
【图文】：

湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文第 2 章 软错误来源及容错方法概要与仿真错误来源和介绍于 SRAM 的 FPGA 发生的软错误主要是指在辐射环境中，由于高能粒子起的其内部半导体材料的 PN 结被击穿，在其内部产生一条贯穿电路的导。当高能粒子穿过原子时，会导致其电子激励或电离，沿着导电通路周会发生能量损失，使单个逻辑单元发生电平变换，由高电平“1”变为低或低电平“0”变为高电平“1”。这样的单粒子翻转效应会在电子器件，进而引起更多的电平翻转，导致整个 FPGA 发生功能改变，引起不必。高能粒子击穿 PN 结如图 2.1 所示。

图 2.2 LET 函数阈值和离子能量的关系辑单元假设为一个单位长度的长方体，，余纬通道和电子器件形成的角度，那么穿过该逻辑将单位逻辑单元发生单粒子翻转简化为几何模、路径长度分布函数有关。如果将单粒子翻转图 2.2 中 LET 分布函数的器件发生单粒子翻LET 函数得到的对路径的积分，最终可简化公经度 和余纬度θ结合的立体角度，L1和量传递函数，与 LET 函数有关。Lth表示高能器件的临界电荷 Q 和器件的工艺和特征尺寸
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V443

【参考文献】

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本文编号：2602719