[发明专利]一种SRAM型大规模FPGA抗单粒子装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天飞行器设计技术领域，具体为一种SRAM型大规模FPGA抗单粒子装置及方法。

背景技术

单粒子效应是空间的高能带电粒子在穿过微电子器件的灵敏结时，沉积能量，产生足够数量的电荷，这些电荷被器件电极收集后，造成器件逻辑状态的非正常改变或器件损坏。

对于中低轨的太阳同步轨道卫星，每一轨都要经过南北极，大部分轨道都经过南大西洋辐射异常带，比较容易受空间异常辐射带单粒子的影响。在空间环境较恶劣的情况下，常规手段的抗辐射措施已不能有效解决空间环境对星载SRAM型FPGA的影响。

为保证系统在复杂空间环境中当局部出现故障时屏蔽和容忍错误，把错误造成的损失降到最低，在硬件上比较常用的可靠性措施包括选用抗干扰等级高的元器件、屏蔽设计和冗余设计等，但是这些措施都无法绝对预防故障的发生，为了满足卫星可靠性的要求，软件上也需采取相应的可靠性措施，尽量降低如空间单粒子事件等故障等造成的危害，使故障能及时检测、隔离或自主恢复。

随着对空间单粒子认识的加深，航天器星载设备的设计越来越重视抗单粒子设计，除了常规手段外，必须采取更主动有效的方式解决空间单粒子的影响，以确保飞行任务的正常和可靠。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种SRAM型大规模FPGA抗单粒子装置及方法，以解决空间单粒子故障造成的危害。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种SRAM型大规模FPGA抗单粒子装置，包括依次连接的反熔丝PROM模块、反熔丝FPGA模块以及SRAM型FPGA模块，所述反熔丝PROM模块与反熔丝FPGA模块交互信号连接，并向反熔丝FPGA模块发送配置数据，所述反熔丝FPGA模块接收配置数据后发送至SRAM型FPGA模块，并回读和计算SRAM型FPGA模块的配置信息。

优选地，所述SRAM型FPGA模块设有配置寄存器，所述反熔丝FPGA模块设有与配置寄存器相连接的Select Map(并行)接口，所述Select Map接口用于回读配置寄存器中SRAM型FPGA模块的配置信息。

优选地，所述反熔丝FPGA模块包括如下模块：

-控制模块，用于控制反熔丝FPGA模块的配置加载流程和回读流程，并进行单粒子事件判断。

优选地，所述反熔丝FPGA模块还包括如下模块：

-本地时钟管理模块，用于产生配置加载和配置回读的时钟。

优选地，所述反熔丝FPGA模块包括如下六种工作状态：

-配置；

-第一次回读；

-空闲；

-回读；

-等待；

-停止。

根据本发明的另一个方面，提供了一种SRAM型大规模FPGA抗单粒子装置的工作方法，包括如下步骤：

步骤1，反熔丝FPGA模块启动配置加载流程，读取反熔丝PROM模块中的配置程序，并发送至SRAM型FPGA模块的配置寄存器；

步骤2，反熔丝FPGA模块启动回读流程，回读SRAM型FPGA模块的配置寄存器中的配置数据，并计算校验，同时，将第一次成功回读计算的校验值作为后续回读对比的标准值；

步骤3，反熔丝FPGA模块连续回读配置寄存器中的配置数据，并计算校验值与标准值进行比较，判断单粒子事件发生情况；

步骤4，当单粒子事件发生时，反熔丝FPGA模块刷新SRAM型FPGA模块的配置寄存器，并重复执行步骤1至步骤4。

优选地，所述步骤3中，反熔丝FPGA模块通过本地时钟管理模块，定时回读配置寄存器中数据。

优选地，所述定时时间间隔为1s。

优选地，所述步骤3中，单粒子事件发生判断条件为：连续三次回读计算校验值与标准值不一致，则判断发生了单粒子事件。

优选地，所述步骤4中，还包括如下步骤：

对刷新条件进行优化，增加判别锁定指示条件：

-当锁定指示为错误发生在配置寄存器的非重要区域，即属于任务正常情况，则关闭触发配置条件，不对配置寄存器进行刷新；

-当锁定指示为错误发生在配置寄存器的重要区域，即属于任务异常情况，则触发配置条件，对配置寄存器进行刷新。