基于测试系统的FPGA逻辑资源的测试

FPGA在许多领域已经得到广泛应用,其测试问题也显得越来越突出。文章针对基于SRAM结构FPGA的特点,以Xilinx公司的XC4000系列芯片为例,利用检测可编程逻辑资源的多逻辑单元(CLB)混合故障的测试方法,阐述了如何在BC3192V50测试系统上实现FPGA的在线配置以及功能和参数测试。它是一种基于测试系统的通用的FPGA配置和测试方法。     

SRAM型FPGA单粒子翻转测试及加固技术研究

SRAM型FPGA空间应用日益增多,只有针对其特点设计相应的单粒子试验的测试程序才能系统、准确地获取该类芯片的单粒子翻转特性,为抗辐射加固设计提供依据.阐述了单粒子翻转的静态和动态的测试方法.静态测试包括硬件设计和配置位回读程序的设计;动态测试主要针对CLB(配置逻辑单元)和BRAM(块存储器)两部分进行了相应的软件测...     

基于SRAM配置技术的FPGA测试方法研究

在FPGA的设计生产过程中,FPGA的测试是一个至关重要的环节.分析了基于SRAM配置技术的FPGA的结构组成及FPGA的基本测试方法.针对6000门可编程资源的FPGA,提出了一种基于阵列和长线线与测试CLB以及采用总线测试开关矩阵相结合的方法.该方法较利用与门或门传递错误信息的所需测试配置次数减少了一半,从而加快了测试速度.     

超大规模FPGA的单粒子效应脉冲激光测试方法

建立了一种28 nm HPL硅工艺超大规模SRAM型FPGA的单粒子效应测试方法。采用静态测试与动态测试相结合的方式,通过ps级脉冲激光模拟辐照实验,对超大规模FPGA进行单粒子效应测试。对实验所用FPGA的各敏感单元(包括块随机读取存储器、可配置逻辑单元、可配置存储器)的单粒子闩锁效应和单粒子翻转极性进行了研究。实验结果证明了测试方法的有效性,揭示了多种单粒子闩锁效应的电流变化模式,得出了各单元的单粒子效应敏感性区别。针对块随机读取存储器、可配置逻辑单元中单粒子效应翻转极性的差异问题,从电路结构方面进行了机理分析。     

一种基于环振的SRAM型FPGA延迟测试方法

提出一种使用环形振荡器对SRAM型FPGA内部延迟进行精确测试的方法。该方法利用SRAM型FPGA的可重构性在其内部构造环形振荡器,通过基准信号对分频后的振荡信号周期进行测量,从而得到环振回路中逻辑部件的延迟值。应用该方法,对一款Virtex-4型FPGA的内部延迟进行测试。结果表明:在环振初始振荡频率小于芯片工作极限频率的情况下,延迟测试的误差小于1 ps,与其他检测FPGA内部延迟故障的方法相比,检测精度有很大的提高,同时,该方法对SRAM型FPGA具有较高的普遍适用性。     

模拟低空环境下FPGA的SEU测试系统结果分析

为了探究在低空环境下SRAM型FPGA产生单粒子翻转事件与大气中高能粒子剂量的关系,设计了一种便携式测试系统。使用该系统在某地6个不同海拔的测试点对SRAM型FPGA进行单粒子翻转测试。某地平均海拔在3000～5000 m,可以很好地模拟低空飞行环境。通过测试试验,该系统获得了大量现场数据,使用Matlab对测试数据进行了分析。结合在某地的测试结果,从SRAM型FPGA的存储结构、单粒子翻转产生机理、测试系统的工作原理等方面入手,对该测试系统的科学性与实用性进行了验证分析。分析结果表明,该便携式测试系统科学有效,可为航空航天领域中SRAM型FPGA的选型与使用提供一种参考方式。     

面向FPGA芯片开发的测试方法设计与实现

针对自主研发的SOI-CMOS工艺FPGA芯片VS1000,开发出一种FPGA测试工具(VVK)软件系统.VVK是借助Verilog HDL描述电路和UCF约束电路的特性开发并实现的全自动测试方法.其意义在于解决了设计FPGA芯片过程中面临的最冗繁棘手的验证和测试难题,可以实现FPGA全芯片、内部各种逻辑模块的功能结构的验证和测试.该工具可以用于FPGA流片前的行为级、晶体管级的仿真和验证、FPGA圆片测试、以及FPGA芯片抗辐照测试.验证和测试的结果证明了这套方法的正确性、高效性,同时这种测试方法也适用于其他架构FPGA的测试.     

SRAM型FPGA单粒子翻转模拟系统研究

SRAM型FPGA在空间辐照环境下,容易受到单粒子效应的影响,导致FPGA存储单元发生位翻转,翻转达到一定程度会导致功能错误。为了评估FPGA对单粒子效应的敏感程度和提高FPGA抗单粒子的可靠性,对实现故障注入的关键技术进行了研究,对现有技术进行分析,设计了单粒子翻转效应敏感位测试系统,利用SRAM型FPGA部分重配置特性,采用修改FPGA配置区数据位来模拟故障的方法,加速了系统的失效过程,实现对单粒子翻转敏感位的检测和统计,并通过实验进行验证,结果表明:设计合理可行,实现方式灵活,成本低,为SRAM型FPGA抗单粒子容错设计提供了有利支持。     

基于测试系统的FPGA测试方法研究

FPGA已经成为当今数字化系统硬件设计的核心,全球90%以上的嵌入式系统设计工程师正在使用FPGA进行着各种各样的设计。FPGA的快速发展,为测试厂商带来了新的机遇和挑战,针对FPGA的各种创新测试技术和解决方案不断问世。文章介绍FPGA配置方法,着重介绍了利用测试系统(ATE)直接配置和基于CPLD+FLASH的FPGA配置方法,介绍了FPGA配置模式选择和配置代码生成方法,并以Virtex-II FPGA为例,详细讲述了FPGA配置与测试过程。     

一种SRAM型FPGA单粒子效应故障注入方法

随着FPGA在航天领域的广泛应用,SRAM型FPGA的单粒子故障也越来越引起人们的重视,用故障注入技术模拟单粒子效应是研究单粒子效应对SRAM器件影响的重要手段,该文主要研究SRAM型FPGA单粒子翻转、单粒子瞬态脉冲的故障注入技术,并在伴随特性的基础上,提出一种单粒子瞬态脉冲故障注入技术。该方法使注入故障脉冲宽度达到...     

Test, diagnosis and fault simulation of embedded RAM modules in SRAM-based FPGAs

This paper presents a unique scheme for testing and locating multiple stuck at faults in the embedded RAM modules of SRAM-based FPGAs. The RAM modules are tested using the MATS++ algorithm. The interconnection scheme makes it possible to test all the cells within the RAM modules in the FPGA in just one test configuration. We also develop a diagnosis scheme capable of locating the faulty RAM cells and the CLB in which it is located. In this research, emphasis is also laid on reducing the testing time, which is achieved by partitioning the FPGA into two halves.     

UA2TPG: An untestability analyzer and test pattern generator for SEUs in the configuration memory of SRAM-based FPGAs

This paper presents UA²TPG, a static analysis tool for the untestability proof and automatic test pattern generation for SEUs in the configuration memory of SRAM-based FPGA systems. The tool is based on the model-checking verification technique. An accurate fault model for both logic components and routing structures is adopted. Experimental results show that many circuits have a significant number of untestable faults, and their detection enables more efficient test pattern generation and on-line testing. The tool is mainly intended to support on-line testing of critical components in FPGA fault-tolerant systems.     

空天信息系统的容错设计与实现

为了提高SRAM型FPGA在空天信息系统应用中的可靠性,提出了一种基于FPGA局部动态可重构的容错系统设计方法.通过深入分析FPGA在空天信息系统应用中的故障机理,比较了当前应用较为广泛的抗空间辐射容错方法,结合FPGA 局部动态可重构技术的优点和Virtex-5器件的结构特点,实现了XC5VLX50T-1FFll36...     

FPGA三模冗余工具的关键技术与发展

SRAM型现场可编程门阵列(FPGA)在空间辐射环境中容易受到单粒子效应的影响,从而发生软错误,三模冗余技术(TMR)是目前使用最广泛的缓解FPGA软错误的电路加固技术。该文首先介绍了三模冗余技术研究现状,然后总结了三模冗余工具常用的细粒度TMR技术、系统分级技术、配置刷新技术、状态同步技术4项关键技术及其实现原理。随着FPGA的高层次综合技术愈发成熟,基于高层次综合的三模冗余工具逐渐成为新的研究分支,该文分类介绍了当前主流的基于寄存器传输级的三模冗余工具,基于重要软核资源的三模冗余工具,以及新兴的基于高层次综合的三模冗余工具,最后对FPGA三模冗余工具的未来发展趋势进行了总结与展望。     

Evaluating Different Solutions to Design Fault Tolerant Systems with SRAM-based FPGAs

The latest SRAM-based FPGA devices are making the development of low-cost, high-performance, re-configurable systems feasible, paving the way for innovative architectures suitable for mission- or safety-critical applications, such as those dominating the space or avionic fields. Unfortunately, SRAM-based FPGAs are extremely sensitive to Single Event Upsets (SEUs) induced by radiation. SEUs may alter the logic value stored in the memory elements the FPGAs embed. A large part of the FPGA memory elements is dedicated to the configuration memory, whose content dictates how the resources inside the FPGA have to be used to implement any given user circuit, SEUs affecting configuration memory cells can be extremely critics. Facing the effects of SEUs through radiation-hardened FPGAs is not cost-effective. Therefore, various fault-tolerant design techniques have been devised for developing dependable solutions, starting from Commercial-Off-The-Shelf (COTS) SRAM-based FPGAs. These techniques present advantages and disadvantages that must be evaluated carefully to exploit them successfully. In this paper we mainly adopted an empirical analysis approach. We evaluated the reliability of a multiplier, a digital FIR filter, and an 8051 microprocessor implemented in SRAM-based FPGA’s, by means of extensive fault-injection experiments, assessing the capability provided by different design techniques of tolerating SEUs within the FPGA configuration memory. Experimental results demonstrate that by combining architecture-level solutions (based on redundancy) with layout-level solutions (based on reliability-oriented place and route) designers may implement reliable re-configurable systems choosing the best solution that minimizes the penalty in terms of area and speed degradation.     

基于FPGA的三模冗余容错技术研究

基于SRAM的FPGA对于空间粒子辐射非常敏感,很容易产生软故障,所以对基于FPGA的电子系统采取容错措施以防止此类故障的出现是非常重要的。三模冗余（TMR）方法以其实现的简单性和效果的可靠性而被广泛用于对单粒子翻转（SEU）进行容错处理。但传统TMR方法存在系统硬件资源消耗较多且功耗较大等问题。总结了传统TMR方法存在的问题,分析了一些近年来出现的改进的TMR方法的优劣,针对其存在问题指出了改进策略,并展望了TMR技术的发展趋势。     

空间辐射效应对SRAM型FPGA的影响

以Xilinx的FPGA为例，结合相关试验数据，分析了空间总剂量效应、单粒子翻转、单粒子闩锁、单粒子功能中断、单粒子烧毁、单粒子瞬态脉冲和位移损伤等辐射效应对SRAMFPGA器件的漏极电流、阚值电压、逻辑功能等影响。分析了辐射效应的机理以及FPGA的失效模式。文章可以为SRAM型FPGA在航天领域中的应用提供参考。