在研究SRAM型FPGA配置存储器物理结构及配置结构的基础上,科研人员发现通过对FPGA配置文件中的帧数据进行0/1翻转,可以实现配置存储器的人为翻转,进而模拟FPGA的SEU(单粒子翻转)效应。针对SRAM型FPGA的SEU故障注入系统是基于部分重构技术设计的,旨在评估FPGA的单粒子翻转特性。
SRAM型FPGA(现场可编程门阵列)是数字电子系统中常用的一种集成电路。它具有低成本、高灵活性以及动态可重构等特点。与传统的一次性可编程FPGA不同,SRAM型FPGA可以反复编程,具有低成本和开发周期短的优势,因此在空间领域的应用受到越来越多的重视。然而,由于其特有的结构特性,SRAM型FPGA对单粒子效应(SEE,Single Event Effect)具有天生的敏感性,尤其随着FPGA芯片工艺的不断提升,单粒子效应对SRAM型FPGA的影响越来越大,这对FPGA的空间应用构成了严重限制。
传统的辐射测试虽然可以模拟辐射环境并获得可靠的可靠性数据,但是测试设备昂贵,对芯片有损害,并且实验周期较长。相比之下,故障注入技术测试时间短、成本低、测试方便,在研究FPGA的单粒子效应时具有明显优势。
故障注入技术通常用于研究系统对故障的响应情况。在FPGA领域,故障注入用于研究配置存储器的翻转如何影响整个芯片的功能和性能。通过系统设计,可以在无需额外硬件支持的情况下实现对SRAM型FPGA的部分重构,这种重构是通过内置的ICAP(In-System Configuration Access Port)接口来完成的。ICAP是一个高速接口,允许对FPGA的部分区域进行配置而不需要整个芯片的重配置。
故障注入系统的设计与实现是评估FPGA的SEU敏感性和研究加固效果的关键步骤。通过在XUPXC2VP30开发板上实施该系统,研究者可以通过注入不同类型的故障来分析FPGA设计的SEU敏感性,并验证三模冗余技术在提升FPGA稳定性和可靠性方面的加固效果。
关键词FPGA、SEU、故障注入、部分重构和ICAP是描述这一研究的核心概念。部分重构技术使得FPGA能够在不影响芯片其他功能的情况下进行故障注入,因此可以更精确地模拟SEU的影响并评估FPGA设计的加固效果。通过这种技术,可以研究FPGA配置存储器的翻转行为,并对其它形式的故障注入进行类似的分析。
在现代电子工业的飞速发展中,FPGA的应用越来越广泛。SRAM型FPGA由于其可重复编程的特性,在航天和其他高可靠性要求的领域中尤为受到重视。然而,空间环境下的辐射问题一直是一个挑战,因此对SRAM型FPGA的可靠性评估方法至关重要。通过故障注入系统的研究和设计,能够有效地评估和提高FPGA在面对单粒子效应时的鲁棒性,这对于确保航天等领域的电子系统可靠运行具有重要意义。