[发明专利]一种面向宇航芯片的寄存器单粒子效应模拟仿真方法

说明书

一种面向宇航芯片的寄存器单粒子效应模拟仿真方法，通过构建参数化的寄存器故障仿真模型，将芯片网表中的正常寄存器仿真模型随机替换为寄存器故障仿真模型，替换的数量由空间环境设置的宇航芯片的错误翻转率和芯片中寄存器的总数决定，寄存器的错误发生时间在0到最大仿真时间中随机选择，通过仿真工具模拟仿真故障模块行为，进而验证芯片级寄存器容错策略的有效性。本发明无需分析代码，也无需单独设计测试用例，既可以对单粒子效应软错误进行仿真，也可对高能单粒子效应形成的硬错误进行仿真。本发明的方法可以支持宇航辐射加固研究，可以应用于单粒子效应故障容错设计的验证分析。

技术领域

本发明涉及一种寄存器单粒子效应模拟仿真方法，属于抗辐照芯片的验证技术领域。

背景技术

在空间环境中，高能粒子穿过半导体材料，在粒子的运动轨迹上以释放电子－空穴对的方式消耗能量，当能量释放完，粒子就会停下来。电荷累积并在径迹内流动，寄生器件或薄弱环节被激活，从而导致了各类损伤，可以分为：硬错误和软错误。硬错误表现为器件本身永久性损坏，软错误表现为电路逻辑状态的翻转、存储数据的随机改变，器件本身没有损坏。硬错误需要入射粒子具有极高的能量，高能量粒子通量相对低能量粒子较少，硬错误发生的概率较低。软错误是单粒子效应的主要损伤模式。高能粒子主要通过直接电离的方式触发器件的单粒子效应，产生软错误。低能粒子(如质子和中子等)通过间接电离的方式也可以在半导体器件中形成软错误。

单粒子效应是影响宇航芯片可靠性的一大关键因素，研究分析宇航芯片在单粒子效应下的功能、性能的特点，对抗辐射容错方法实现仿真验证，是宇航芯片抗辐射容错技术研究不可或缺的一部分。

现有的技术往往通过强制性命令语句对寄存器进行赋值，验证效率较低，网表中寄存器数量庞大，现有技术中错误注入的比例和数量配置灵活性差，现有的技术往往需要对测试激励进行更改以便进行错误注入，既对测试激励有一定侵入性，又使得仿真的结果不方便观察、验证和移植，同时现有技术往往只对软错误进行仿真，忽略硬错误的影响，真实可信性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种面向宇航芯片的寄存器单粒子效应模拟仿真方法，解决空间应用芯片单粒子效应故障注入和模拟仿真的问题，为研究空间环境单粒子效应故障机理，验证辐射容错方法的有效性提供一种工程可行的模拟仿真环境。该方法采用寄存器故障仿真模型替换了网表中的部分寄存器模型，不影响正常的验证流程，通过参数化故障类型(软错误、硬错误)和参数化故障发生的时间从而减少了传统方法中分析代码单独设计测试用例的时间开销。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种面向宇航芯片的寄存器单粒子效应模拟仿真方法，包括步骤如下：

1)基于芯片实现方提供的工艺单元库文件，通过芯片综合工具将寄存器传输级设计进行综合，得到宇航芯片门级网表；

2)根据工艺单元库文件的数据使用手册得到该工艺单元库文件下的所有寄存器种类及对应端口定义，查找步骤1)中得到的宇航芯片门级网表中使用到的寄存器类型；

3)根据工艺单元库文件的数据使用手册中的所有寄存器种类，查找步骤1)得到的宇航芯片门级网表中所有使用到的寄存器数目M，形成寄存器列表，M为正整数；

4)根据芯片的功能要求，构建测试验证环境以及测试验证激励，得到需要模拟仿真的总时间T；

5)根据步骤2)中查找到的寄存器类型，对应构建参数化的寄存器故障仿真模型，寄存器故障仿真模型的端口定义与工艺单元库文件的数据使用手册中的寄存器类型端口定义一致，寄存器故障仿真模型中设置故障注入参数；

6)根据空间环境的情况得到芯片的模拟仿真故障环境，芯片的模拟仿真故障环境是指设置寄存器单粒子软错误翻转率a和寄存器单粒子硬错误翻转率b；