發(fā)布時(shí)間：2020-10-10 21:58

　　 FPGA芯片自誕生以來,相比于ASIC芯片,其低成本、開發(fā)方便等優(yōu)點(diǎn),使其迅速在各個(gè)工程領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。其中SRAM型FPGA憑借其低功耗、高性能的優(yōu)點(diǎn),成為FPGA中的主流,并在航空航天領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。但是由于SRAM型FPGA的結(jié)構(gòu)特征,其很容易受到空間輻射環(huán)境的作用而發(fā)生單粒子效應(yīng),進(jìn)而對(duì)其功能造成影響。因此為了驗(yàn)證在SRAM型FPGA上實(shí)現(xiàn)的電路系統(tǒng)對(duì)單粒子效應(yīng)的敏感度,并對(duì)其進(jìn)行可靠性評(píng)估,就需要開發(fā)專門的單粒子效應(yīng)評(píng)估工具。這就是本課題研究的主要內(nèi)容。本文對(duì)Xilinx公司的SRAM型FPGA Virtex6系列開發(fā)板進(jìn)行研究,根據(jù)其工作原理以及結(jié)構(gòu)特征,分析了其容易發(fā)生單粒子效應(yīng)的影響因素。并對(duì)單粒子效應(yīng)的各個(gè)類型及其特點(diǎn)進(jìn)行了探討,確定了單粒子翻轉(zhuǎn)是造成FPGA電路系統(tǒng)功能失效的主要原因。同時(shí)分析了FPGA設(shè)備中各個(gè)邏輯單元發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)后的失效模式,確定了本課題的故障注入模型為FPGA設(shè)備配置存儲(chǔ)器中的一位單粒子翻轉(zhuǎn)。對(duì)SRAM型FPGA進(jìn)行故障注入,需要對(duì)配置存儲(chǔ)器內(nèi)容進(jìn)行重配置,本課題選擇ICAP接口實(shí)現(xiàn)這一操作。確定了故障注入模型后,以ICAP接口對(duì)FPGA配置存儲(chǔ)器內(nèi)容進(jìn)行重配置操作為基礎(chǔ),建立了由故障注入模塊、故障檢測(cè)模塊以及上位機(jī)三大模塊構(gòu)成的隨機(jī)故障注入平臺(tái)。然后再利用該故障注入平臺(tái)對(duì)四個(gè)基準(zhǔn)組合電路進(jìn)行故障注入試驗(yàn),驗(yàn)證了該故障注入平臺(tái)的有效性。直接對(duì)SRAM型FPGA的配置存儲(chǔ)器所有位進(jìn)行故障注入,一方面由于故障注入范圍太大而沒有針對(duì)性,會(huì)造成時(shí)間上的開銷較大;另一方面可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)故障注入平臺(tái)發(fā)生功能錯(cuò)誤而無法正常運(yùn)行。因此本課題通過使用Xilinx公司的基本位技術(shù),將與用戶電路相關(guān)的配置位篩選出來,縮小故障列表,實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確、快速的定向故障注入,從而更加有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶電路的單粒子效應(yīng)評(píng)估。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN791
【部分圖文】：

中均為 32 位；SIM_CFG_FILE_NAME 寄存器用來設(shè)置需要分析的原始比特流文件的模擬模型，在本課題中不需要這一功能。調(diào)用 ICAP 接口完成之后，然后利用BUSY、CSI_B 和 RDWR_B 信號(hào)來設(shè)置 ICAP 接口輸入或輸出操作。接下來就可以通過 ICAP_I 端口向 FPGA 芯片輸入命令序列，實(shí)現(xiàn)對(duì) FPGA 配置內(nèi)存內(nèi)容的操作。3.2.2 ICAP 接口信號(hào)時(shí)序關(guān)系要通過 ICAP 接口讀取配置內(nèi)存，用戶必須首先設(shè)置寫控制接口，設(shè)置為寫操作后，通過 icap_i 端口向 FPGA 芯片發(fā)送命令以及輸入想要讀取幀的地址，緊接著再將 ICAP 切換為讀模式，從芯片中讀取數(shù)據(jù)。ICAP 接口的寫或讀模式由RDWR_B 決定：當(dāng)接口設(shè)置為寫模式時(shí)，ICAP 數(shù)據(jù)管腳是輸入；當(dāng)接口設(shè)置為讀模式時(shí)，它們是輸出。在設(shè)置 RDWR_B 數(shù)值之前，必須先對(duì) CSI_B 信號(hào)置為有效，否則會(huì)導(dǎo)致電路系統(tǒng)出錯(cuò)。將 ICAP 接口從 write 更改為 read 模式，其控制信號(hào)變換如圖 3-1 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文如表 3-7 所示，列出了利用 ICAP 接口讀取 FPGA 配置寄存器 IDCODE 內(nèi)容的命令序列。需要注意的是，用戶必須在步驟 10 和步驟 11 之間將 ICAP 接口從Write 模式轉(zhuǎn)換為 Read 模式，并在步驟 11 之后返回為 Write 模式。具體過程如圖3-2 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文IDCODE 寄存器的地址后，即可讀取出 FPGA 芯該數(shù)值通過 ICAP_O 端口輸出。實(shí)現(xiàn) ICAP 接口以讀取配置寄存器數(shù)值時(shí)，調(diào)用gpio 接口，利用 gpio 接口將 ICAP_O 輸出端口從而可以直觀地觀察到通過 ICAP 接口讀取到DE 寄存器數(shù)值如圖 3-4 所示：
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