發(fā)布時間：2017-08-06 03:18

  本文關(guān)鍵詞：Xilinx Virtex-7 FPGA軟錯誤減緩技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： SRAM型FPGA 單粒子翻轉(zhuǎn) 軟錯誤減緩 ICAP接口 刷新

【摘要】：由于SRAM型FPGA具有高性能、高邏輯密度和可重復編程等特性,其越來越多的應用于航天領域,成為星載信號處理、數(shù)據(jù)傳輸和飛行器姿態(tài)控制等系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。然而由于SRAM型FPGA具有特殊的結(jié)構(gòu),容易受到空間輻射的影響,其中單粒子翻轉(zhuǎn)引起的軟錯誤是其受到的主要影響。FPGA的存儲單元中,配置存儲器占有最大的面積,最可能受到軟錯誤的影響。另一方面,配置存儲器不能通過傳統(tǒng)的電路加固方式進行錯誤減緩,因此研究配置存儲器的軟錯誤減緩策略至關(guān)重要。本課題以Xilinx Virtex-7系列XC7VX485T芯片為目標器件,研究配置存儲器的軟錯誤減緩策略,并提出一種系統(tǒng)級的錯誤減緩方案,該方案可以有效降低軟錯誤對配置存儲器的影響,從而提高FPGA系統(tǒng)的可靠性。基于該方案,本課題設計一種針對FPGA配置存儲器的刷新系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于回讀、檢錯、糾錯的原理,通過ICAP(Internal Configuration Access Port)接口實現(xiàn)對配置存儲器的讀寫,通過FRAME_ECC電路提供的校驗值實現(xiàn)對配置數(shù)據(jù)檢錯與糾錯。該系統(tǒng)具有檢測幀數(shù)據(jù)中2位錯誤及糾正1位錯誤的能力,同時支持故障注入功能。對于大多數(shù)應用,用戶電路并不會占用FPGA中全部的邏輯資源,即并不是所有的配置數(shù)據(jù)錯誤都會對用戶電路功能產(chǎn)生影響。本文將配置存儲器中與用戶電路相關(guān)的幀稱為關(guān)鍵幀,并采用主要對關(guān)鍵幀進行檢錯糾錯的策略,將大部分檢錯時間分配給關(guān)鍵幀,可以有效的降低系統(tǒng)平均糾錯時間,從而提高系統(tǒng)軟錯誤減緩效果。最后,驗證結(jié)果表明,本設計可以實現(xiàn)對配置存儲器的多位故障注入,并具有檢測2位錯誤和修復1位錯誤的功能。相比于Xilinx公司的Soft Error Mitigation(SEM)Controller,本課題設計系統(tǒng)的平均糾錯時間更短,具有更強的軟錯誤減緩能力。同時本課題設計的系統(tǒng)只占用FPGA全部邏輯資源的0.1%,具有非常小的面積和功耗開銷,而較小的面積開銷降低了其自身受到單粒子翻轉(zhuǎn)影響而失效的可能,因此該系統(tǒng)具有很高的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：SRAM型FPGA 單粒子翻轉(zhuǎn) 軟錯誤減緩 ICAP接口 刷新
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN791
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題背景及研究意義8-12
• 1.1.1 SRAM型FPGA在空間領域的應用8-9
• 1.1.2 空間輻射對SRAM型FPGA的影響9-11
• 1.1.3 SRAM型FPGA的SEU減緩技術(shù)11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文研究內(nèi)容14-16
• 第2章 配置存儲器刷新系統(tǒng)總體方案16-24
• 2.1 配置存儲器刷新系統(tǒng)設計目標16-18
• 2.1.1 實現(xiàn)配置存儲器的軟錯誤減緩16-17
• 2.1.2 實現(xiàn)故障注入功能17-18
• 2.2 配置存儲器刷新系統(tǒng)方案選擇18-22
• 2.3 配置存儲器刷新系統(tǒng)總體方案設計22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第3章 配置存儲器刷新系統(tǒng)設計24-41
• 3.1 配置存儲器刷新系統(tǒng)整體設計24-28
• 3.1.1 系統(tǒng)功能及接口描述24
• 3.1.2 系統(tǒng)整體設計24-28
• 3.2 ICAP接口讀寫控制模塊設計28-34
• 3.2.1 ICAP接口及配置寄存器簡介28-30
• 3.2.2 ICAP操作命令序列30-33
• 3.2.3 ICAP讀寫控制模塊的實現(xiàn)33-34
• 3.3 基于FRAME_ECC的檢錯糾錯設計34-36
• 3.4 地址生成模塊設計36-40
• 3.4.1 確定有效幀地址范圍36-37
• 3.4.2 確定關(guān)鍵幀的物理幀地址37-38
• 3.4.3 地址生成模塊的實現(xiàn)38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第4章 配置存儲器刷新系統(tǒng)的仿真與驗證41-54
• 4.1 系統(tǒng)功能仿真41-45
• 4.1.1 ICAP讀寫控制模塊功能仿真41-42
• 4.1.2 地址生成模塊功能仿真42-44
• 4.1.3 頂層模塊功能仿真44-45
• 4.2 驗證平臺的搭建45-46
• 4.3 系統(tǒng)功能驗證46-51
• 4.3.1 基本功能驗證46-49
• 4.3.2 隨機故障注入測試49-51
• 4.4 配置存儲器刷新系統(tǒng)性能評估51-53
• 4.4.1 系統(tǒng)平均糾錯時間分析51-53
• 4.4.2 系統(tǒng)占用資源及可靠性分析53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 結(jié)論54-55
• 參考文獻55-61
• 致謝61

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