基于FPGA的微处理器SEE软错误评估方法研究
发布时间：2020-12-11 09:00
随着半导体工艺的不断发展,微处理器芯片朝着更小的特征尺寸、更低的工作电压和更高的时钟频率的方向发展。更高的集成度能够带来更强劲的性能和更小的芯片体积,适应更加丰富的应用场景,但也使得微处理器对粒子辐射、电磁干扰、电压扰动等因素变得更加敏感。此外,在一些航空航天等苛刻的关键任务中,微处理器芯片极易受到空间辐射环境中各种能量粒子的撞击而产生单粒子效应,从而引发软错误,严重影响微处理器的可靠性。传统的评估技术主要集中于发生在存储单元中的单粒子翻转。近年来有研究表明,随着时钟频率的不断上升,特征尺寸的不断减小,单粒子瞬态的影响占据了越来越关键的地位。在软错误敏感性评估领域,故障注入作为一种有效、灵活并且方便的方法受到研究人员的广泛关注,但也存在着许多不足。为了自动快速的对微处理器进行软错误敏感性评估,本文对基于FPGA故障注入的方法进行了研究。本文首先对FPGA的内部结构、工作原理、开发环境和开发流程进行简单的介绍。然后采用模块化的方法对PIC16F54微处理器进行设计,并在FPGA上实现和验证。接着提出一种基于FPGA的微处理器SEU软错误敏感性评估方法,在FPGA芯片上同步运行有故障和无故...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
辐射粒子轰击CMOS晶体管
FPGA结构
图 2.4 IOB 内部结构Fig 2.4 The internal structure of IOB随着FPGA技术的发展，现在的FPGA芯片上还会集成存储器资源（BlockRAM和Select RAM）、数字时钟管理单元(Digital clock management，DCM)、I/O多电平标准兼容（Select I/O）、算数运算单元（乘法器、加法器）、特殊功能模块（MAC 等IP 核）、微处理器（Power PC 等处理器），可以满足不同的应用场景，为开发者和用户提供更好的服务。2.1.2 FPGA 的工作原理随着FPGA技术的快速发展，其内部结构和工作原理也呈现多样化的趋势。目前主流的FPGA芯片都是基于静态随机存储器（Static RandomAccessMemory ，SRAM）原理来实现可编程配置的。SRAM型FPGA通过加载预先存储在PROM或者Flash等存储器里的数据来配置SRAM单元，从而确定FPGA内部各种可编程资源实现的逻辑功能和各模块间相应的连接关系。配置存储器单元主要由2个CMOS反相器和1个用来控制读写的MOS管组成，
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗单粒子翻转的低功耗锁存器设计[J]. 梁华国,李昕,王志,黄正峰. 计算机辅助设计与图形学学报. 2017(08)
[2]40 nm CMOS工艺下的低功耗容软错误锁存器[J]. 黄正峰,王世超,欧阳一鸣,易茂祥,梁华国. 电子与信息学报. 2017(06)
[3]一种基于FPGA的微处理器软错误敏感性分析方法[J]. 梁华国,孙红云,孙骏,黄正峰,徐秀敏,易茂祥,欧阳一鸣,鲁迎春,闫爱斌. 电子与信息学报. 2017(01)
[4]65nm工艺下单粒子加固锁存器设计[J]. 黄正峰,钱栋良,梁华国,易茂祥,欧阳一鸣,闫爱斌. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(08)
[5]考虑单粒子多瞬态故障的数字电路失效概率评估[J]. 梁华国,袁德冉,闫爱斌,黄正峰. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(03)
[6]考虑NBTI效应的组合电路软错误率计算方法[J]. 闫爱斌,梁华国,黄正峰,蒋翠云. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(08)
[7]基于故障概率的组合电路软错误率分析[J]. 闫爱斌,梁华国,黄正峰,袁德冉. 电子测量与仪器学报. 2015(03)
[8]基于时序优先的电路容错混合加固方案[J]. 黄正峰,陈凡,蒋翠云,梁华国. 电子与信息学报. 2014(01)
[9]一种交替互补的双状态机自恢复方案[J]. 陈秀美,梁华国,黄正峰,吴珍妮,曹源. 计算机研究与发展. 2012(01)
[10]龙芯1号处理器的故障注入方法与软错误敏感性分析[J]. 黄海林,唐志敏,许彤. 计算机研究与发展. 2006(10)
博士论文
[1]辐照环境中通信数字集成电路软错误预测建模研究[D]. 周婉婷.电子科技大学 2014
[2]集成电路单粒子效应建模与加固方法研究[D]. 刘必慰.国防科学技术大学 2009
本文编号：2910249
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
辐射粒子轰击CMOS晶体管
FPGA结构
图 2.4 IOB 内部结构Fig 2.4 The internal structure of IOB随着FPGA技术的发展，现在的FPGA芯片上还会集成存储器资源（BlockRAM和Select RAM）、数字时钟管理单元(Digital clock management，DCM)、I/O多电平标准兼容（Select I/O）、算数运算单元（乘法器、加法器）、特殊功能模块（MAC 等IP 核）、微处理器（Power PC 等处理器），可以满足不同的应用场景，为开发者和用户提供更好的服务。2.1.2 FPGA 的工作原理随着FPGA技术的快速发展，其内部结构和工作原理也呈现多样化的趋势。目前主流的FPGA芯片都是基于静态随机存储器（Static RandomAccessMemory ，SRAM）原理来实现可编程配置的。SRAM型FPGA通过加载预先存储在PROM或者Flash等存储器里的数据来配置SRAM单元，从而确定FPGA内部各种可编程资源实现的逻辑功能和各模块间相应的连接关系。配置存储器单元主要由2个CMOS反相器和1个用来控制读写的MOS管组成，
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗单粒子翻转的低功耗锁存器设计[J]. 梁华国,李昕,王志,黄正峰. 计算机辅助设计与图形学学报. 2017(08)
[2]40 nm CMOS工艺下的低功耗容软错误锁存器[J]. 黄正峰,王世超,欧阳一鸣,易茂祥,梁华国. 电子与信息学报. 2017(06)
[3]一种基于FPGA的微处理器软错误敏感性分析方法[J]. 梁华国,孙红云,孙骏,黄正峰,徐秀敏,易茂祥,欧阳一鸣,鲁迎春,闫爱斌. 电子与信息学报. 2017(01)
[4]65nm工艺下单粒子加固锁存器设计[J]. 黄正峰,钱栋良,梁华国,易茂祥,欧阳一鸣,闫爱斌. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(08)
[5]考虑单粒子多瞬态故障的数字电路失效概率评估[J]. 梁华国,袁德冉,闫爱斌,黄正峰. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(03)
[6]考虑NBTI效应的组合电路软错误率计算方法[J]. 闫爱斌,梁华国,黄正峰,蒋翠云. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(08)
[7]基于故障概率的组合电路软错误率分析[J]. 闫爱斌,梁华国,黄正峰,袁德冉. 电子测量与仪器学报. 2015(03)
[8]基于时序优先的电路容错混合加固方案[J]. 黄正峰,陈凡,蒋翠云,梁华国. 电子与信息学报. 2014(01)
[9]一种交替互补的双状态机自恢复方案[J]. 陈秀美,梁华国,黄正峰,吴珍妮,曹源. 计算机研究与发展. 2012(01)
[10]龙芯1号处理器的故障注入方法与软错误敏感性分析[J]. 黄海林,唐志敏,许彤. 计算机研究与发展. 2006(10)
博士论文
[1]辐照环境中通信数字集成电路软错误预测建模研究[D]. 周婉婷.电子科技大学 2014
[2]集成电路单粒子效应建模与加固方法研究[D]. 刘必慰.国防科学技术大学 2009
本文编号：2910249
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/2910249.html
