基于配置比特流的FPGA容错技术的研究

发布时间：2019-11-24 10:04

【摘要】：FPGA通常携带大量算术逻辑资源,具有设计周期短、开发成本低和可重配置等特性,因而在空间和地面数字系统设计中得到广泛应用。然而,SRAM型FPGA对辐射粒子非常敏感,常会受其影响而造成FPGA设备故障,降低了数字系统的可靠性。因此,本文对FPGA容错技术进行了研究,从而处理由发生率较高的单粒子翻转SEU和多位翻转MBU造成的FPGA芯片软错误,提高数字系统的可靠性。 通过分析基于FPGA的数字系统实际应用背景,并在深入剖析FPGA内部结构和故障类型的基础上,本文对常用FPGA容错方法进行了总结,进而将高可靠性的基于配置比特流的容错方法做为研究重点。针对该类方法中外部刷新设计资源开销大、内部Frame_ECC刷新设计无法处理MBU问题的缺陷,提出了基于回读验证的内部刷新方案,即利用回读验证技术检测、定位翻转故障,然后通过内部刷新修复故障。 基于上述容错方案,本文设计了一个内部刷新容错系统,通过创建硬件平台并编写容错功能程序,成功的将该容错系统实现在Virtex-II Pro FPGA上。最后,利用故障注入方法模拟翻转故障,进行了板上测试实验。测试结果表明,容错系统可在不中断用户功能逻辑的前提下,利用ICAP接口回读配置内存比特流数据,且准确检测、定位和修复故障,验证了设计功能的正确性和在线性。由于设计中不必采用外部附加设备,从而进一步降低了系统整体的重量和体积。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP302.8

【参考文献】

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1 肖松;李跃华;张金林;;空天信息系统的容错设计与实现[J];电子器件;2011年01期

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3 龚健;杨孟飞;;一种基于FPGA位流回读与重配置的空间硬件容错方法[J];空间控制技术与应用;2012年01期

4 张超;赵伟;刘峥;;基于FPGA的三模冗余容错技术研究[J];现代电子技术;2011年05期

5 杜新军;周建华;胡剑平;;在SRAM型FPGA中局部重构与配置刷新的兼容方案[J];遥测遥控;2011年02期

6 邢克飞;杨俊;王跃科;肖争鸣;周永彬;;Xilinx SRAM型FPGA抗辐射设计技术研究[J];宇航学报;2007年01期

7 冯彦君;华更新;刘淑芬;;航天电子抗辐射研究综述[J];宇航学报;2007年05期

8 张钰;郑阳明;黄正亮;杨牧;李辉;金仲和;;皮卫星星载计算机存储模块的容错结构设计[J];宇航学报;2008年06期

9 孙兆伟;刘源;赵丹;陈健;张世杰;;基于可满足性问题求解器的星上FPGA永久损伤容错技术研究[J];宇航学报;2011年03期

10 黄影;张春元;刘东;;SRAM型FPGA的抗SEU方法研究[J];中国空间科学技术;2007年04期

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3 张波涛;基于LEON3的高可靠体系结构设计关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年

4 袁果;三模冗余系统中的同步研究[D];西南交通大学;2008年

5 李剑明;面向星载计算机瞬时故障的软件控制流错误检测技术[D];国防科学技术大学;2009年

6 李鹏飞;FPGA动态自重构系统的设计方法学研究[D];大连理工大学;2009年

7 柳振华;三模冗余容错计算机的设计与实现[D];西安电子科技大学;2010年

8 薛建伟;苛刻环境下基于FPGA的可重构技术研究[D];北京化工大学;2010年

9 陈善强;SRAM单粒子效应评估方法研究[D];中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）;2010年

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本文编号：2565382