[发明专利]SRAM型FPGA片上刷新和纠错的装置、实现方法及FPGA芯片

说明书

技术领域

本公开属于集成电路设计及抗辐照加固设计领域，涉及一种SRAM型FPGA片上刷新和纠错的装置、实现方法及FPGA芯片。

背景技术

随着超大规模集成电路技术的发展，基于静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)型的现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)依靠其优越的接口性能、丰富的逻辑和IP资源以及灵活方便的现场可编程能力，在航空航天工程中得到越来越广泛的应用，已成为关键的核心器件。

SRAM型FPGA通常包含大量的配置存储器(CRAM，Configurable Random Access Memory)，随着制造工艺的提高，这些CRAM对单粒子效应的敏感性越来越强，很容易发生单粒子翻转而导致系统的电路功能出现故障。为了提高整个电路系统的可靠性，需要快速纠正这些发生单粒子翻转(SEU，Single Event Upset)的CRAM的存储值。目前主要采用片外刷新的方法，即通过将配置芯片中存储的信息重新写入FPGA芯片中的CRAM来实现纠错。

有的研究通过总线状态机控制回读电路，将编程点中存储的信息读入回读电路中的回读寄存器，然后使用二维CRC校验电路进行校验，将发生SEU效应的编程点地址写入SEU寄存器；内部处理器根据SEU寄存器输出经细粒度刷新电路生成细粒度刷新位流，该刷新位流通过自配置接口写入FPGA芯片内部编程点；有的研究是通过联合测试工作组(JTAG，Joint Test Action Group)或SELECTMAP接口对SRAM型FPGA进行回读操作，确定FPGA型号并校验回读数据，若发生错误则从正确的数据源读取码流，从码流中截取有效部分，并通过JTAG或SELECTMAP接口将有效码流重新写入FPGA的内部配置位，从而完成配置存储器的刷新；有的研究是采用两片相同的存储器，BOOT(系统引导文件)存储了完整的配置文件，配置文件中包含了用户要实现的功能模块和FPGA实现自身刷新的刷新模块，SCRUB存储了编辑后的配置文件，FPGA加载完第一片存储器后，刷新模块启动进入刷新模式，通过周期性地读取SCRUB存储器中的配置文件，实现FPGA正常工作下的周期性刷新。

但是上述的刷新方式均是通过片外刷新的方法，需要通过FPGA器件提供的JTAG、SELECTMAP等接口实现对FPGA配置存储器的刷新来进行纠错，受限于器件接口速度的限制，严重影响了刷新纠错的速度，当粒子轰击的注量率较高时，难以实现及时的刷新纠错，仍会发生单粒子功能中断的风险。另外，现有的刷新和纠错方法需要额外开发刷新控制单路，系统开发者需要额外理解FPGA的码流协议，增加了FPGA系统级高可靠设计的复杂度。由于需要额外的器件来实现刷新控制电路，增加了系统实现的器件数量，降低了系统的集成度，增加了系统的研制成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种SRAM型FPGA片上刷新和纠错的装置、实现方法及FPGA芯片，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种SRAM型FPGA片上刷新和纠错的装置，包括：CRAM，用于存储有效的配置码流信息；冗余CRAM，用于存储校验位信息；读写控制电路，分别与CRAM、冗余CRAM相连接，用于对CRAM和冗余CRAM的地址进行译码；专用配置回读IO，为FPGA的配置和回读提供的专用接口；片上刷新纠错电路，对发生单粒子翻转的数据实现定位、纠错以及进行ECC编码后重新写入正确数据；以及选择器，一端与读写控制电路相连接，另一端分别与专用配置回读IO、片上刷新纠错电路选择性连接，根据需要实现的操作模式为片上刷新纠错还是配置回读对读写控制电路的连接方式进行选择。

在本公开的一些实施例中，当采用片上刷新纠错模式时，将读写控制电路与片上刷新纠错电路连接起来；当采用配置回读模式时，将读写控制电路与专用配置回读IO连接起来。

在本公开的一些实施例中，片上刷新纠错电路包括：翻转定位电路，确定发生单粒子翻转的CRAM或冗余CRAM的位置；纠错电路，对确定的发生单粒子翻转的CRAM或冗余CRAM位置进行反转操作，实现纠错；ECC编码电路，确定纠错后的单帧CRAM存储值对应的校验值；以及帧地址生成电路，遍历生成CRAM和冗余CRAM对应的帧地址。