[发明专利]一种针对SRAM型FPGA的随机翻转故障注入方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于SRAM型FPGA的随机翻转故障注入方法，属于FPGA空间可靠性技术领域。

背景技术

FPGA发生单粒子翻转后，其故障表现为FPGA中存储单元的内容改变，而这些存储单元的内容是由配置文件中的比特位决定的。目前，在地面上模拟空间中的单粒子翻转主要采用辐射模拟，即采用重离子或高能质子等模拟源来辐照器件，测试其辐射敏感参数，为器件的选型和预估实际辐射环境中单粒子翻转率提供依据。

如果采用辐射模拟的方法，首先，被辐照过的器件不能再被使用，从而提高了试验的成本；其次，国内的高能加速资源器资源相对较少，预约困难；再次，这种方法对于调整粒子种类和能量的操作较为复杂，难以控制注入位置；最后，经过原子序号小的粒子辐射后会发生二次核子反应，造成辐射污染，具有较高危险性。

与此相比，模拟单粒子翻转的第二种方式-故障注入的方法则弥补了上述缺点，成为地面模拟单粒子翻转的重要手段。尤其是利用SRAM型FPGA重配置特性进行的故障注入方法得到了极大的关注。但是也没有解决实际应用中用户无法确定配置存储单元刷新周期的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，针对采用SRAM型FPGA实现的电路，利用其动态重配置的优点，通过翻转比特位即可人为的在FPGA中引入与单粒子翻转同等效力的故障，一方面对设计电路配置存储单元执行多位随机故障注入，替代辐射模拟，从而对电路设计防护手段的有效性进行评测；另一方面通过单位随机故障注入，累积翻转直到出现功能性错误，从而得到配置存储单元的刷新周期。

一种针对SRAM型FPGA的随机翻转故障注入方法，针对多位随机翻转方式，包括以下几个步骤：

步骤一：初始配置；

测试开始后，首先控制器对被测芯片进行初始化配置；

步骤二：设定模拟辐射剂量和模拟辐射时间；

用户设定模拟辐射剂量和模拟辐射时间；

步骤三：确定翻转比特位，并且，随机翻转M位比特位；

上位机根据用户设定的模拟辐射剂量和模拟辐射时间，确定翻转比特位的数量为M，选择以当前系统时间为种子的随机函数，确定翻转位的随机位置，上位机发送随机翻转指令，控制器根据指令对被测芯片配置数据进行M位随机翻转，再将翻转位所在数据帧重配置到被测芯片，完成动态重配置；

步骤四：得到被测芯片输出结果；

动态重配置完成后，比较被测芯片输出结果和预知的正确结果，对被测芯片进行评测。

一种针对SRAM型FPGA的随机翻转故障注入方法，针对单位随机翻转方式，包括以下几个步骤：

步骤一：初始配置；

测试开始后，首先控制器对被测芯片进行初始化配置；

步骤二：进行一位随机翻转；

选择以当前系统时间为种子的随机函数，确定翻转位的随机位置，上位机发送随机翻转指令，控制器根据指令对被测芯片配置数据进行一位随机翻转，再将翻转位所在数据帧重配置到被测芯片，完成动态重配置，翻转数初始为1，以后每执行一次步骤二，翻转数N＝N+1；

步骤三：判断是否产生错误；

动态重配置完成后，比较被测芯片输出结果和预知的正确结果，若没有引起结果错误，则返回步骤二重复翻转和重配置过程，若检测发现结果错误，则将翻转数N上传至上位机；

步骤四：获取刷新周期；

上位机根据被测芯片发生单粒子效应的翻转率来获得配置存储单元的刷新周期，具体为：

翻转数N即为刷新阈值，根据(1)式获取电路设计的刷新周期：

P＝N/λ                    (1)

其中，N为通过单位随机故障注入累积获得的刷新阈值，单位为bit；λ为被测芯片的单粒子效应翻转率，单位为bit/day；最终获得用户电路设计的刷新周期P，单位为day。

本发明的优点在于：

(1)试验花费时间较少；

(2)可以通过随机故障注入，真实模拟空间中单粒子效应；

(3)可以较准确得到配置存储单元的刷新周期；

(4)根据用户需求，自定义模拟辐射参数，对FPGA单粒子效应防护手段进行评测。

附图说明

图1是本发明的针对多位随机翻转方式方法流程图；

图2是本发明的针对单位随机翻转方式方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。