[发明专利]商用现场可编程器件用于辐照环境下三模冗余抗辐照方法

说明书

技术领域

本发明属于现场可编程门阵列(FPGA)的电子设计自动化EDA (Electronic Design Automation)技术领域，具体涉及一种基于查找 表结构的商用FPGA在辐照环境中，通过采用三模冗余抗辐照的方法 及其通用算法，从而缓解辐照所造成的单粒子翻转的软错误问题。

背景技术

基于查找表结构的商用FPGA由大量的可编程逻辑资源组成。太 空中存在的能量粒子对此类FPGA芯片会产生单粒子效应Single Event Effects(SEE)。当单个能量粒子打在SRAM可编程点上，形成 足够的能量时，就会产生单粒子翻转效应Single Event Upset(SEU)。 单粒子翻转可能造成查找表、寄存单元、RAM等器件的逻辑状态改变， 从而逻辑功能与预期不一致。基于查找表结构的商用FPGA非常容易 受此效应的干扰。为了能使基于查找表结构的商用FPGA在辐照环境 中得到应用，可以采用三模冗余抗辐照的方法，从而缓解辐照所造成 的单粒子翻转的软错误问题。

传统的三模冗余方法涉及三模冗余所有寄存器和使用大数表决 器(Majority Voter)。原则上，当任何一个设计工作域失败，另两 个工作域继续正确操作，通过使用大数表决器从而保证设计正确性。 图1描述了这个传统的三模冗余方法，图2描述了大数表决器和逻辑 功能真值表信息，图4描述了小数表决器和逻辑功能真值表信息。

然而，传统三模冗余方法实现FPGAs重构时，传统的方法有两个 缺陷：

1.传统三模冗余设计在大数表决器上没有保护设置。图3描述 了传统三模冗余设计不能解决SET的问题。

2.尽管传统三模冗余方法可以缓和单一故障，但它缺少一种纠 正错误能力。另一个在相同的部分设计的，但是在不同的设 计工作域会导致错误的大数表决器的输出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要寻求一种基于查找表结构的商 用现场可编程器件FPGA用于辐照环境下，缓解此类商用FPGA芯片 因辐照环境而造成单粒子翻转问题，并在此基础上研究一种具有通用 性的逻辑三模冗余抗辐照软错误的算法。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种商用现场可编程器 件FPGA用于辐照环境下三模冗余抗辐照方法，用户设计电路映射到 商用FPGA芯片上分类成四种逻辑，分别为：输入逻辑、非反馈逻辑、 反馈逻辑和输出逻辑。针对该四种不同逻辑分类，分别进行不同的三 模冗余抗辐照处理。

A、所述的输入或非反馈逻辑类型的三模冗余抗辐照处理方法如 下：

(1)对所有输入端A、B和CLK进行三模冗余复制，分别工作在三 个不同工作域TR0，TR1和TR2；工作域TR0对应输入端口则为A_TR0、 B_TR0和CLK_TR0；工作域TR1对应输入端口则为A_TR1、B_TR1和 CLK_TR1；工作域TR2对应输入端口则为A_TR2、B_TR2和CLK_TR2；

(2)对所有非反馈的逻辑单元进行三模冗余复制，分别工作在三个 不同工作域TR0，TR1和TR2；工作域TR0对应非反馈的逻辑则为 101_TR0；工作域TR1对应非反馈的逻辑则为101_TR1；工作域TR2 对应非反馈的逻辑则为101_TR2；

(3)对所有相关线网进行三模冗余复制但并不插入大数表决器，致 使每个三模冗余的设计工作域独立运作。

B、所述的反馈逻辑类型的三模冗余抗辐照处理方法如下：

1)对所有反馈逻辑的组合逻辑102和时序单元103进行三模冗 余复制，分别工作在三个不同工作域TR0，TR1和TR2；工作域TR0 对应组合逻辑和时序单元则为102_TR0和103_TR0；工作域TR1对应 组合逻辑和时序单元则为102_TR1和103_TR1；工作域TR2对应组合 逻辑和时序单元则为102_TR2和103_TR2；

2)对所有相关线网进行三模冗余复制，致使每个三模冗余的设 计工作域独立运作；除了对所有反馈的逻辑单元和线网进行三模冗余 复制，还需在每个工作域一致的位置创建大数表决器并插入；大数表 决器插入点在原设计反馈逻辑的时序单元103输出端Q对应的位置之 后。