[发明专利]一种基于SRAM型FPGA敏感因子的功能失效时间评估方法

权利要求书

1.一种基于SRAM型FPGA敏感因子的功能失效时间评估方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：对SRAM型FPGA的配置网表文件进行解析，采用SelectMAP配置方法，利用可重构技术设计一套遍历式单粒子故障注入方法；

步骤二：对FPGA进行功能电路配置，并对搭载有具体功能电路的FPGA实施遍历式故障注入试验；

步骤三：收集敏感位数据，利用敏感位数据验证三模冗余设计的效率，并计算功能电路的敏感因子；

步骤四：利用敏感因子计算功能电路的功能失效时间。

2.根据权利要求1所述的一种基于SRAM型FPGA敏感因子的功能失效时间评估方法，其特征在于：步骤一所述的“利用可重构技术设计一套遍历式单粒子故障注入方法”，其具体实现过程如下：

通过修改配置文件中的单帧数据完成对配置位的位翻转，用SelectMAP配置模式将修改后的内容刷新到运行中的FPGA上，完成动态部分重构，实现配置存储器的人为逻辑翻转。向两块FPGA施加测试向量，并对比FPGA的功能输出结果，以此来判断配置位的翻转是否引起了FPGA系统功能失效。故障注入可以理解为一种人为的加速失效过程，用来检测SRAM型FPGA执行某种功能的稳定性。

3.根据权利要求1所述的一种基于SRAM型FPGA敏感因子的功能失效时间评估方法，其特征在于：步骤三所述的“计算功能电路的敏感因子”，其具体实现过程如下：

一般在对FPGA进行单粒子性能测试时，最直接的方法是采用高能粒子辐照，因此对FPGA的抗单粒子翻转能力的定量可以从高能粒子辐照的相关测试参数分析。

在一般辐照试验中，定量评价是使用单粒子翻转截面来评价器件对单粒子效应的敏感程度：

σs=NF---(1)]]>

式中，F为垂直入射时单位面积上入射粒子总数，单位是cm^-2；N为单粒子翻转事件数；σ_s为器件单位面积受到单一粒子碰撞一系列连锁现象后，引发单粒子翻转的概率，是FPGA固有的属性。

考虑具体配置电路，引入一个动态参量，称为动态翻转截面σ_d：

σd=EF---(2)]]>

式中，E是高能粒子辐照实验中FPGA发生系统功能失效的次数，F是入射粒子在单位面积上的通量。配置有功能电路的FPGA在运行时，可以使用动态翻转截面来评估器件的失效率。相对的，将σ_s称为静态翻转截面。

回到失效链，该失效链是建立在已经发生位翻转的前提下，我们把这个前提事件称为事件A，将FPGA发生功能失效称为事件B，前提事件A受FPGA固有属性的影响，只有当A发生了，才会有可能发生事件B，事件B受到具体配置功能电路属性的影响。

引入一个敏感因子γ来描述单粒子翻转对FPGA使用功能造成的影响，将动态翻转截面与静态翻转截面的比例来作为FPGA具体使用中发生事件A后出现事件B的度量。

γ=σdσs=EN=NsNc---(3)]]>

式中，N_c为故障注入试验的总次数；N_s为发生功能失效的次数，也就是敏感位。敏感因子γ的意义为引起功能失效的单粒子翻转数和总单粒子翻转数的比例。

4.根据权利要求1所述的一种基于SRAM型FPGA敏感因子的功能失效时间评估方法，其特征在于：步骤四所述的“利用敏感因子计算功能电路的功能失效时间”，其具体实现过程如下：

在配置完FPGA后的实际使用中，只有当功能电路发生了功能错误后，才能判断该FPGA中发生了配置位单粒子翻转，然而这并不能反应出FPGA中的真实单粒子翻转情况。为了解决这一情况，基于敏感位提出一种评估平均功能失效时间的方法。

配置完成后的FPGA具有一定的功能，当电路功能无法正确执行时，认为FPGA发生了功能失效。在只考虑单粒子翻转时，单粒子翻转失效链解释了SRAM存储单元逻辑翻转引发功能失效的具体过程。针对具体功能电路，FPGA所表现出来的功能失效时间及类型是不同的，故障注入试验结果得到的敏感位可以将不同功能电路的功能失效时间相互转换。遍历式的故障注入可以排除非关键配置位的干扰，使得功能失效时间的转换更准确。

通过故障注入试验得到特定功能电路i在某A型号FPGA的敏感位是λ_i，其中i＝1，2，...，N，代表N个电路分别配置在同一个型号的FPGA上。假设该FPGA与电路配置相关的总配置位数量为λ，那么该FPGA的单粒子翻转间隔时间t_A可以表示为：

tA=λtiλi---(4)]]>

其中t_i为功能电路i在实际使用中单粒子翻转的平均失效间隔时间，值得注意的是，该方法的基本假设是任意功能电路是配置在同一电路上。

得到FPGA实际单粒子翻转情况后，可分析电路j，其中j≠i，也就是当FPGA本身的单粒子翻转间隔时间已知时，可通过任意电路j的敏感位λ_j推算电路j的平均失效间隔时间FFT_j：

FFTj=λjλtA=λjtiλi---(5)]]>

由此可以计算出任意电路配置完成后，FPGA的功能失效时间，该时间参数对于定时刷新技术的参数设计有重要的参考价值。