基于Petri Net的FPGA软硬件系统可靠性研究

发布时间：2020-12-24 00:16

　　航空航天事业的飞速发展,使空间荷载数字系统所承担的任务越来越多样和复杂,而由空间高能粒子等气象现象造成的单粒子效应,使得一些航空航天的核心设备在其运转的过程中受到影响并发生各种故障,造成传输数据错误、核心功能失效等问题,甚至于硬件也会发生故障。作为载荷数字系统核心之一的FPGA,其设计也日趋复杂,如何在设计和验证阶段保障FPGA的可靠性,以及快速准确的定位复杂FPGA系统中的潜在隐患,已成为严重制约FPGA应用的瓶颈之一,也是目前该领域的研究重难点。近年来,国内外研究者提出了一系列针对FPGA工程可靠性地面验证的方法,主要包括代码正确性验证、系统功能测试以及形式化验证。与形式化验证方法相比,代码验证技术无法准确评估单粒子效应的影响,系统测试的实验周期长且易产生漏检和错检。故而,本文基于形式化验证的思想,利用Petri网理论,创新的提出了PNOF模型和功能执行可靠性分析方法,并给出了实例验证。本文的主要工作如下:(1)在分析了单粒子效应的作用机理和影响的基础上,结合FPGA器件的结构特点,给出了FPGA在轨单粒子翻转错误率模型,而后,根据模型建立和分析的需求,给出了FPGA工程功能模块的... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

FPGA的故障模式分析图

粒子型、电子型以及中子型，地球的粒子俘获带中各类型效应的核反应如图 2.1 所示。图2.1 不同粒子发生的核反应图对于航天载荷器件的低压 CMOS 元件来说，其发生单粒子效应的几种形式如图2.2 所示，当其应用于空间辐射气象环境时，CMOS 元件主要发生单粒子翻转效应（SEU：Single Event Upset）。高能粒子与半导体器件相互作用电荷的收集/扩散能量的沉积单粒子瞬态脉冲（SET）单粒子翻转（SEU）单粒子多位翻转（SEMU）单粒子功能中断（SEFI）单粒子锁定（SEL）软错误 硬错误图2.2 COMS 器件发生单粒子效应的主要形式

UART通信系统RX模块部分电路结构图


本文编号：2934606