[发明专利]一种基于Zynq FPGA的自动化可靠性评估系统及评估方法

说明书

本发明公开了一种基于Zynq FPGA的自动化可靠性评估系统及评估方法，包括测试系统、Zynq FPGA控制单元和PC端故障读取模块，测试系统包括基于JTAG接口的片上调试器，片上调试器通过JTAG接口与所述Zynq FPGA控制单元中的JTAG控制器相连，Zynq FPGA控制单元包括故障列表模块、标准结果模块、JTAG控制器、故障注入控制器和调试指令模块，PC端故障读取模块通过所述Zynq FPGA控制单元的PS端与故障注入控制器连接，用于读取并统计故障控制器存储的故障分类结果。本发明中测试系统与软件调试工具之间的通信不是必需的，则故障注入过程更快；且故障注入方法不需要修改测试系统，因此它具有非侵入性；而JTAG是最常见的片上调试接口之一，因此可应用于各种不同的处理器。

技术领域

本发明涉及一种基于Zynq FPGA的自动化可靠性评估系统及评估方法，属于集成电路可靠性研究领域。

背景技术

对于在恶劣环境中工作且对安全性有较高要求的应用，保证其可靠性是十分重要的。随着超深亚微米工艺技术的出现，对于越来越多的应用，可靠性的保证也成了一个问题，因为即使在地球表面，这些应用也会受到辐射的影响。因此，在电路设计过程中就需要进行加固处理，包括针对SEU效应的保护措施，而可靠性评估是衡量所有加固技术有效性并找到电路敏感区域的关键因素。所谓敏感区，指的是在外太空的环境中，由空间辐射而引发单粒子翻转故障(SEU)，此故障将会对设计的正常运行产生错误，其发生单粒子翻转故障的区域为敏感区域。

故障注入是一种被广泛接受的用于测试电路可靠性的方案，而现有的故障注入技术也有较大的局限性。基于软件实现的故障注入技术需要修改处理器中执行的代码以支持故障注入和故障观察，且速度受到处理器工作频率的限制，具有代码的侵入性。基于物理实现的故障注入技术通常使用激光或其他高能粒子将电路暴露于粒子束以产生实际的故障，但这些方法需要昂贵的设备，且通常引起的故障较少，无法获得统计结论。所以寻求一种快速和经济有效且适用于多种不同处理器的故障注入方法成为了可靠性技术研究的重要一环。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种基于Zynq FPGA的自动化可靠性评估系统及评估方法，不仅快速高效低成本，且具有非侵入性，因此不需要修改目标系统，同时还能适用于任何带有JTAG接口的复杂处理器。

本发明中主要采用的技术方案为：

一种基于Zynq FPGA的自动化可靠性评估系统，包括测试系统、Zynq FPGA控制单元和PC端故障读取模块，其中，

所述测试系统包括基于JTAG接口的片上调试器，所述片上调试器通过JTAG接口与所述Zynq FPGA控制单元中的JTAG控制器相连，用于在测试电路正常操作期间访问电路活动；

所述Zynq FPGA控制单元包括故障列表模块、标准结果模块、JTAG控制器、故障注入控制器和调试指令模块，所述JTAG控制器与所述JTAG接口连接，用于管理片上调试器中处理器的测试访问端口，所述故障列表模块和所述标准结果模块分别与所述故障注入控制器连接，所述故障列表模块分别与所述JTAG控制器和调试指令模块通信连接，所述故障注入控制器从故障列表模块中读取故障特征，根据实际状态激活相应的指令程序，建立命令执行顺序，向调试命令模块发出要执行的OCD命令，随后由调试命令模块通过JTAG控制器经JTAG接口传输至测试系统进行执行，所述测试系统实际运行时产生的目标应用结果通过JTAG接口发送至JTAG控制器，经JTAG控制器传输至故障注入控制器，由故障注入控制器将目标应用结果与标准结果进行对比，并对故障影响进行分类；

PC端故障读取模块通过所述Zynq FPGA控制单元的PS端与所述故障注入控制器连接，用于读取并统计故障控制器存储的故障分类结果。

优选地，所述故障列表模块内存储有故障特征，所述故障特征包括故障注入位置和故障注入位置时刻。

优选地，所述标准结果模块内存储有系统无故障时的标准结果。