基于纠错编码的SRAM加固技术评估体系研究

发布时间：2017-09-15 00:24

  本文关键词：基于纠错编码的SRAM加固技术评估体系研究

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【摘要】：随着集成电路制造工艺的发展,器件特征尺寸不断减小,半导体器件的噪声容限降低。当空间辐照环境中的高能粒子如重离子等击中半导体器件的敏感位置时,会在其敏感节点淀积电荷,从而引起单粒子效应[1]。目前单粒子效应是引起存储器SRAM(Static RAM,静态随机存储器)出现SE(Soft Error,软错误)的主要因素,SE的产生大大降低了辐照环境下SRAM的可靠性。因此空间中SRAM的加固技术成为了当前微电子学的重点研究方向之一。在SRAM抗辐照加固设计中,ECC(Error Correcting Code,纠错编码)是解决SRAM空间单粒子效应的一种有效方案。为了避免基于ECC的SRAM加固方案在设计完成后无法达到预期的需求或在达到预期的需求时存在大量的冗余电路,这就需要一种有效的评估模型对不同空间条件下的ECC加固方案设计进行评估,以获得最佳加固方案。但目前国内外对于ECC加固的SRAM的评估体系并不完全成熟,没有一种统一的标准。所以需要一套对ECC加固方案的完善评估体系。本文研究的主要内容是建立一套用于ECC加固的SRAM的可靠性评估体系。评估体系采用最为广泛应用的衡量可靠性的参数MTTF(Mean Time To Failure,平均失效时间)作为最终衡量加固后SRAM可靠性的依据。本文的评估体系主要分为两部分,数学模型评估部分和FPGA测试统计部分。两部分评估体系分别用于ECC加固设计的前期和后期对加固后的SRAM的可靠性进行评估。两部分体系共同构成一套完整的评估体系,这两部分评估体系的主要特点如下。(1)数学模型评估部分特点本文结合归纳的两种空间单粒子效应在SRAM产生错误的特性(错误分布图样特性和错误重叠特性),采用将发生MBUs(Multi-Bit Upset,多比特翻转)[2]的SRAM的MTTF近似等价于更大存储空间或更低的辐射事件到来率下只发生SEUs(Single Event Upset,单粒子翻转)的SRAM的MTTF的思路,建立一套在错误图样与错误重叠特性下的快速评估模型。该计算方案实现简单计算速度快,十分适合在ECC加固设计的前期对设计可靠性进行评估。(2)FPGA测试统计部分本文提出基于FPGA与上位机结合的空间环境模拟测试方案。在引入本文归纳的两种空间单粒子效应在SRAM产生错误的特性的基础上建立FPGA与上位机结合的测试平台,并通过测试统计的方式得出加固后的系统的精确可靠性,即统计计算出可靠性参数MTTF。该测试平台主要依靠FPGA硬件电路实现,相对于纯软件测试平台具有计算速度快,设计灵活性高,扩展性强等特点。相对于数学模型评估方案具有测试统计精度高,通用性强等特点。
【关键词】：单粒子效应 纠错编码 平均失效时间 静态随机存储器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 课题研究背景14-16
• 1.1.1 主要的几种SRAM加固理论14
• 1.1.2 几种常见的加固方法14-16
• 1.2 课题研究现状16-18
• 1.3 本课题的设计目标及工作内容18-19
• 1.4 本论文组织结构19-21
• 第二章 SRAM失效原理以及纠错编码的特点21-27
• 2.1 SRAM失效原理21-22
• 2.2 SRAM基本错误模型22-24
• 2.3 纠错编码进行纠错的原理24-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 基于ECC加固的SRAM平均失效时间的快速算法27-44
• 3.1 空间假设环境28
• 3.2 不带刷新模式模型分析28-29
• 3.3 实际单粒子效应在SRAM中的错误特性建模29-35
• 3.3.1 MBU的基本错误图样30
• 3.3.2 引入MBU的基本错误图样建模30-33
• 3.3.3 SRAM中翻转重叠情况33
• 3.3.4 引入SRAM中翻转重叠特性建模33-34
• 3.3.5 基于SRAM中的错误特性综合建模34-35
• 3.4 边界条件建立35-38
• 3.5 边界条件下MTTF的计算38-39
• 3.6 带刷新模式下的ECC加固的SRAM基本模型分析39-40
• 3.7 刷新模式下边界条件的建立及计算40-41
• 3.7.1 边界条件的建立40-41
• 3.7.2 刷新模式下MTTF的计算41
• 3.8 Matlab仿真41-43
• 3.8.1 非刷新模式下仿真41-42
• 3.8.2 刷新模式下仿真42-43
• 3.9 本章小结43-44
• 第四章 基于FPGA的SRAM空间可靠性测试评估方案44-79
• 4.1 FPGA测试方案概述44-48
• 4.1.1 FPGA基本结构介绍44-45
• 4.1.2 FPGA开发流程介绍45-47
• 4.1.3 本文FPGA开发环境介绍47-48
• 4.2 统计计算方案的测试原理48-51
• 4.2.1 SRAM失效测试原理48-49
• 4.2.2 ECC加固的SRAM可靠性测试原理49-50
• 4.2.3 FPGA上采用ECC加固的SRAM错误注入原理50-51
• 4.3 FPGA对ECC加固的SRAM测试整体设计51-54
• 4.3.1 整体流程介绍51-52
• 4.3.2 整体框架介绍52-54
• 4.4 评估系统设计实现54-74
• 4.4.1 通用寄存器组结构54-56
• 4.4.2 主控模块设计56-58
• 4.4.3 错误注入系统设计58-66
• 4.4.4 监控模块设计66-68
• 4.4.5 PCI Express通信接.设计68-74
• 4.5 测试流程74-77
• 4.6 测试次数对比77-78
• 4.7 本章小节78-79
• 第五章 仿真与测试79-85
• 5.1 非刷新结构下的MTTF计算对比79-81
• 5.2 刷新结构下的MTTF计算对比81-83
• 5.3 总结83-85
• 第六章 总结与展望85-87
• 6.1 创新点与工作内容85-86
• 6.1.1 本文创新点85
• 6.1.2 本文工作内容85-86
• 6.2 研究结论86
• 6.3 本文工作展望86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91
• 攻硕期间取得的研究成果91-92

【参考文献】

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1 丁朋程;基于SRAM型FPGA的抗单粒子效应容错技术的研究[D];西北师范大学;2013年

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本文编号：853227