[发明专利]现场可编程门阵列器件自重配置装置及方法

说明书

技术领域

本申请涉及空间仪器工程领域，尤其涉及一种现场可编程门阵列器件的自重配置装置及方法。

背景技术

随着航天技术的发展和各个领域的需求，越来越多的卫星和航天器投入使用。在轨航天器的功能越来越复杂，这就需要复杂的逻辑来实现更多的功能，大规模现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA器件)是比较理想的器件，特别是SRAM(Static Random Access Memory，静态随机存储器)型FPGA器件具有规模大、功能强、可重复编程等优势。目前，SRAM型FPGA器件在商业领域得到了广泛的应用。由于空间环境中有各种各样的粒子，例如质子、电子、α粒子、重离子、γ射线等等，这些粒子轰击到SRAM型FPGA器件上将会发生多种单粒子效应(Single Event Effect，SEE)，例如单粒子翻转(Single Event Upset，SEU)、单粒子功能中断(Single Event Functional Interrupt，SEFI)、总剂量效应、单粒子锁定(Single Event Functional Latchup，SEL)、单粒子烧毁(Single Event Burnout，SEB)、位移损伤、单粒子瞬时干扰(Single Event Transient，SET)等等。这些单粒子效应直接影响FPGA器件的功能和空间电子仪器的可靠性。因此，对于SRAM型FPGA器件在航天中的应用需要进行额外的加固设计，以增强其抗单粒子效应的能力，确保可靠运行。

为了抵御单粒子效应往往从器件级和设计级来对SRAM型FPGA器件进行加固。器件级是对器件本身进行耐辐照加固，主要是抵御总剂量效应和单粒子锁定等，各大芯片厂商会推出一些宇航级的耐辐照加固芯片可供选择。设计级则通过各种设计手段来进一步加固，主要是抵御单粒子翻转(SEU)和单粒子功能中断(SEFI)等。从设计角度对SRAM型FPGA器件进行抗单粒子效应加固，目前比较流行的两种做法是：

1：三模冗余+定时重配置：三模冗余是对FPGA器件内的用户逻辑进行备份，并通过多数表决器来保证某一个备份出错的时候，仍然有正确的输出。定时重配置则通过周期性地对FPGA器件进行完全重配置来消除单粒子效应导致的错误积累。

2：三模冗余+定时重刷新：三模冗余是对FPGA器件内的用户逻辑进行备份，并通过多数表决器来保证某一个备份出错的时候，仍然有正确的输出。定时重刷新则通过周期性地对FPGA器件内部的配置存储器进行完全重刷新来纠正单粒子效应导致的错误积累。

其中，三模冗余+定时重配置方案比较简单，适合于各类实时性要求不严格的场合，目前在各类航天器中都有实际应用。而三模冗余+定时重刷新方案则设计较复杂，适合于对实时性要求严格且不能中断程序运行的场合。

在三模冗余+定时重配置方案中，目前主流的做法是采用外部的器件来控制定时重配置，三模冗余则由用户在FPGA器件程序设计中添加。外部器件可以是单片机、看门狗电路以及Actel宇航级反熔丝FPGA器件等等。这种设计方案除了正常运行的FPGA器件之外，还需要额外的外部器件，这样占用了硬件电路的PCB面积、增加设计的复杂性和电路板布线的难度、增加重量和功耗，从而致使硬件设计的可靠性降低。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的一个主要目的在于提供一种无需增加外部重配置电路、所需外部器件少、结构简单、占用PCB资源少的FPGA器件自重配置装置及方法。