基于定向故障注入的SRAM型FPGA单粒子翻转效应评估方法

介绍了一种基于定向故障注入的SRAM型FPGA单粒子翻转效应评估方法。借助XDL工具,该方法解析了Virtex-4 SX55型FPGA的帧地址与物理资源之间的对应关系;将电路网表中的资源按模块分组,利用部分重构技术分别对电路整体及各分组相关的配置帧进行随机故障注入,以评估电路整体及其子模块的抗单粒子翻转能力;按模块分组对电路分别进行部分三模冗余(TMR)加固和故障注入实验,以比较不同加固方案的效果。实验结果表明:电路的抗单粒子翻转能力与其功能和占用的资源有关;在FPGA资源不足以支持完全TMR的情况下,该方法可以帮助设计者找到关键模块并进行有效的电路加固。     

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...     

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。     

一种针对FPGA位流的自动化故障注入分析方法

理论上通过篡改FPGA位流,利用其实现的密码算法的错误输出可以分析出密钥,但这种攻击通常需要非常了解目标FPGA的内部结构与位流的对应关系。而位流逆向的难度很大,导致此类攻击的实用性不高。文章提出一种针对FPGA位流的自动化故障注入分析方法,不需要逆向位流,结合张帆等人提出的持久性故障分析理论,把因篡改算法常量导致的出错结果作为可利用的故障。并首次在Xilinx-7系列FPGA开发板上利用Spider进行电压故障注入实验,480条错误密文就可以得到AES-128的密钥,且在10 min内可以完成数据的采集和分析。对于加密位流的情况,可以先利用电磁侧信道分析方法得到明文位流,再结合该文的分析方法来进行密钥破解。     

民用机载电子硬件的SEU效应FPGA仿真测试研究

针对民用机载电子硬件的现场可编程门阵列(FPGA)芯片高使用频率和长时间运行的特点,以及联邦航空管理局(FAA)等提出的审查条例对单粒子翻转效应(SEU)的防护要求,介绍了民用机载电子硬件的SEU效应评估研究的必要性。并且从民用机载电子硬件主流的三模冗余容错电路入手,设计了SEU效应仿真测试电路。将冗余系统与多时钟沿触发相结合,提高了系统的检错能力。对冗余系统进行仿真SEU故障注入,通过与参照单元的比较,可对SEU效应引起的失效的发生进行仿真测试。     

一种提高SRAM型FPGA抗单粒子翻转能力的系统设计方案

本文基于国产智能刷新控制芯片,为星载SRAM型FPGA提供了一款高可靠性系统设计方案,具有定时刷新、重载、回读、在轨重构等功能,极大提高了SRAM型FPGA电路的抗单粒子事件能力,满足星载产品空间应用的需求。     

SEU的抑制

随着工艺技术的迅速发展，创新进一步提高了器件在速率、容量和功耗等方面的性能，使得FPGA比ASIC更具优势。然而，技术的发展也突出了以前可以忽略的某些效应，例如，单事件干扰（SEU）导致的软误码影响越来越大。通过仔细的IC设计，65nm节点单位比特的软误码率有所下降，但是每一工艺节点的逻辑容量在不断翻倍，配置RAM（CRAM）比特数量也随之增长。     

面向航空环境的多时钟单粒子翻转故障注入方法

随着新型电子器件越来越多地被机载航电设备所采用,单粒子翻转(Single Event Upset, SEU)故障已经成为影响航空飞行安全的重大隐患。首先,针对由于单粒子翻转故障的随机性,该文对不同时刻发生的单粒子翻转故障引入了多时钟控制,构建了SEU故障注入测试系统。然后模拟真实情况下单粒子效应引发的多时间点故障,研究了单粒子效应对基于FPGA构成的时序电路的影响,并在线统计了被测模块的失效数据和失效率。实验结果表明,对于基于FPGA构建容错电路,采用多时钟沿三模冗余(Triple Modular Redundancy, TMR) 加固技术可比传统TMR技术提高约1.86倍的抗SEU性能;该多时钟SEU故障注入测试系统可以快速、准确、低成本地实现单粒子翻转故障测试,从而验证了SEU加固技术的有效性。     

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。     

基于库替换技术的单粒子效应故障注入仿真

提出了一种新的故障注入仿真方法,研发了故障单元库替换仿真工艺库技术,与以往方法相比,该技术可以方便快速地在目标电路的所有节点上注入故障来模拟SEE,因而更贴近实际物理过程,仿真结果可以得到所有节点的敏感度信息并评价电路总体抗SEE性能,供初期芯片设计人员参考改进.同时利用C#程序和FPGA硬件加速仿真,使得故障注入更加便捷高效,注入速度达到了8.03 μs/fault.     

软硬件协同设计的SEU故障注入技术研究

针对现有容错计算机故障注入方法缺乏对空间环境中频发的单粒子故障模型的支持,本文提出了一种利用背板技术的软硬件协同仿真与故障注入技术,分别针对寄存器部件和存储器部件的特性,设计了多位错误的单粒子故障模型,在寄存器传输级实现了通过软件生成故障并注入到硬件设计中的软硬件协同故障注入方案,避免了在硬件设计中修改代码生成故障破坏系统完整性的问题.基于Leon2内核的故障注入实验表明,本文设计的平台为处理器容错设计提供了一个自动化、非侵入、低开销的故障注入和可靠性评估方案.     

基于FPGA的嵌入式加固系统设计

针对空间辐照环境,设计了一款基于FPGA平台抗辐照加固嵌入式系统。通过对存储单元进行三模冗余设计和(12,8)汉明码EDAC编码设计进行加固。对MC8051 IP核、I2C IP核、判决器,EDAC编码解码器等模块进行部分动态可重构设计。使用ICAP接口进行回读对比和动态可重构操作。系统配置后,定时对其进行回读对比。当检测到FPGA发生单粒子翻转时,采用部分重配置消除单粒子影响,使系统恢复正常。     

一种抗SEU存储器电路的FPGA设计

为了改善星载存储器的抗SEU性能,增加星载存储器在空间使用的灵活性,文中基于ACTEL公司的ProAsic系列A3P400FPGA并采用扩展汉明码和TMR两种检错纠错方法相结合的方式,同时使用可变内存配置方案,设计了一种新型的抗SEU存储器电路。与传统的EDAC芯片相比,本设计不仅可以对出错数据进行修正而且还可以实时的进行回写。     

基于FPGA与Raspberry Pi的SEU测试系统设计

为了检测在大气粒子辐照条件下,FPGA产生翻转效应的误码率,设计了一种基于FPGA与Raspberry Pi的单粒子翻转效应测试系统。该设计采用FPGA作为系统主控,接收GPS实时信息并根据GPS的秒脉冲进行工作;主控FPGA对被测FPGA进行数据下载与回读,并将比较结果发送到接口FPGA;首次采用Raspberry Pi作为上位机与接口FPGA进行通信,并将测试结果实时屏显同时保存到Micro SD卡,提高了存储的灵活性。通过青藏高原实测结果表明,该设计能实时显示测试结果,中子测试结果与中子探测仪保持一致,系统工作长时间保持稳定。现场获得了有效的测试数据,该系统满足设计要求。     

一种通用串行总线的故障注入系统设计

本文提出了一种针对工控领域常用串行总线的故障注入式测试系统。系统可以完成常用串行总线(1553B、RS422、CAN等)的故障测试及分析。系统采用模块化设计思想,通过更新接口匹配单元和协议软件即可完成不同总线的测试。     

SRAM型FPGA系统的设计与实现

对FPGA芯片、通用DSP芯片、专用DSP芯片及ASIC在实现数字信号处理方面的差异进行了比较,指出了FPGA在实现数字信号处理方面的优势,给出了FPGA在信号处理方面的设计新方法,最后对常用的分布式算法以及在FPGA中的实现结构进行了分析.     

基于FPGA的动态可重构系统实现

介绍了Xilinx公司VirtexTMFPGA芯片的配置原理,采用模块化设计实现FPGA的动态部分重构,并设计出CPU加CPLD配置FPGA的硬件方案来实现可重构系统.FPGA采用Select MAP配置方式,实现配置逻辑的快速重构和动态部分重构.同时给出了可重构系统配置的软件流程,并计算出相应的重构时间.     

星载SAR计算机的故障注入测试系统设计

分析了一种基于软件、硬件和仿真技术于一体的故障注入系统.文中介绍在航天环境中,由于单粒子事件对计算机产生不良影响,致使星载设备计算机软件必须采取一系列纠错、容错等措施才能实现高可靠性和高安全性,但采取的这些措施在实际航天环境中是否有效,需要在地面进行测试.利用故障注入系统进行地面测试就是一种有效的测试方法.     

PDSOIBTSNMOS器件的三维SEU仿真

采用silvaco软件对抗辐射PDSOIBTSNMOS器件进行了三维SEU仿真。器件建模采用devedit软件,工艺参考标准0．8μmPDSOI工艺平台。器件基于SIMOXS01材料,其埋氧层厚度为375nm,顶层硅膜厚度为205nm。三维SEU仿真的入射粒子轨迹垂直于器件表面,主要选取了垂直于沟道方向（DS）和平行于...