SRAM型FPGA單粒子效應逐位翻轉故障注入方法

宋凝芳 秦姣梅 潘 雄 江云天

(北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院，北京100191)(第二炮兵裝備研究院，北京100085)

SRAM(Static Random Access Memory)型FPGA(Field Programmable Gate Array)具有信息密度大、性能高、可重復編程的特性，在空間領域得到了廣泛應用［1］.然而SRAM型FPGA對空間中的單粒子十分敏感，易發生單粒子翻轉.單粒子翻轉會導致FPGA中存儲單元的內容改變，導致計算結構錯誤、程序執行序列錯誤等，甚至導致系統的崩潰［2］.因此，在應用于空間環境中之前，必須對FPGA進行容錯設計，并對設計的可靠性進行有效測試和評估.

目前，在地面上模擬空間中的單粒子翻轉主要采用輻射模擬和故障注入的方法.輻射模擬即采用重離子或高能質子等模擬源來輻照器件，測試其輻射敏感參數，為器件選型和預估實際輻射環境中的單粒子翻轉率提供依據.然而，此方法成本很高，注入位置難以控制，而且危險性高.

與此相比，模擬單粒子翻轉的第2種方式，即故障注入方法則彌補了上述缺點，成為地面模擬單粒子翻轉的重要手段.尤其是利用SRAM型FPGA重配置特性進行的故障注入方法得到了極大的關注.文獻［3］提出采用部分動態重配置，隨機注入的方法對FPGA進行故障注入.文獻［4－5］中提到開發了故障注入平臺SLAAC1，對Virtex系列芯片采用TMR(Triple Modular Redundancy)技術后的單粒子翻轉可靠性進行評測.此平臺只適用于Virtex系列芯片，對VⅡ及以上系列不支持.國內方面，文獻［2］實現了基于重配置技術的故障注入，但試驗時需由用戶提供翻轉位的地址.而實際上用戶無法知……