[发明专利]一种块存储器单粒子翻转防护设计定量评估方法及装置

说明书

本发明提供一种块存储器单粒子翻转防护设计定量评估方法及装置。其中，该方法包括：确定SRAM型FPGA中可配置逻辑单元和块存储器内各模块的存储资源数据、对应的刷新周期以及对应的单位数据翻转率；在同一存储单元的三路中同时出现两路错误的单粒子防护效能情况下，基于不同的算法模型分别得到所述块存储器部位错误导致的错误率、所述自刷新器错误导致的错误率以及所述表决器错误导致的错误率；基于所述块存储器部位错误导致的错误率、所述自刷新器错误导致的错误率以及所述表决器错误导致的错误率，得到块存储器错误率定量评估结果。采用本发明公开的方法，能够实现单粒子防护效能进行定量评估，提高资源使用和防护效果之间的优化配置效率和可靠性。

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域，具体涉及一种块存储器单粒子翻转防护设计定量评估方法和装置。另外，还涉及一种电子设备及非暂态计算机可读存储介质。

背景技术

SRAM型FPGA由于其强大的计算能力和可重复配置的能力，广泛应用在数字信号处理和控制领域。SRAM型FPGA最大的优点是理论上可以无限次反复进行配置，且配置速度非常快。SRAM型FPGA一个最大的缺点就是易失性，掉电后配置数据消失，每次上电都需要重新配置。目前，常用的解决办法是设计一块非易失存储器保存配置数据，上电后SRAM型FPGA自动从非易失存储器中读取配置数据进行配置。SRAM型FPGA对单粒子翻转很敏感，使其在航天领域应用中受到了限制。虽然SRAM型FPGA在航天应用中受到空间辐射粒子的照射易发生单粒子翻转效应，导致信号处理发生错误，但由于SRAM型FPGA的信号处理能力强，使得在航天应用中仍考虑使用SRAM型FPGA。主流SRAM型FPGA厂家如Xilinx等，为防护SRAM型FPGA的单粒子翻转效应，采用了一系列的防护措施。其中，单粒子翻转(SEU)是数字存储单元在单个高能粒子的照射下，存储信息从“0”变成“1”或从“1”变为“0”的现象。SRAM型FPGA的存储资源主要有两大部分：可配置逻辑单元(Configurable Logic Block，CLB)和块存储器(Block RAM，BRAM)。

针对可配置逻辑单元的单粒子翻转防护措施包括：三模冗余(TMR)、部分重配置加定时刷新。可配置逻辑单元的三模冗余防护如图3所示，将可配置逻辑单元中原来一组组合逻辑处理分为三路。输入信号分为独立的三路各经过一组组合逻辑后输出也是独立的三路，这三路输出经过多数表决器(TRV)后输出。多数表决器是这样的一种表决电路，它的输出为三个输入中的多数。例如，三路输入分别为1,1,0，则多数表决器的输出为1。组合逻辑和多数表决器都是利用可配置逻辑单元资源构造的。该种三模冗余防护，可以防止单路的组合逻辑或多数表决器发生单粒子翻转造成的错误。换句话说，信号处理路径上的所有单点故障(单个故障源造成的故障)消除了，FPGA的可靠性能够得到有效提高。可配置逻辑单元实现三模冗余中多数表决器是采用查找表方法。如果将多数表决器的三路输入数据看为地址位，则相应的CLB存储的数据为8bit数据11101000。如果随着时间的积累，CLB中的存储单元发生SEU的次数不断的增加，若TMR防护设计中的两个及两个以上部位(组合逻辑或多数表决器)发生SEU错误，则TMR防护设计已不能纠正错误。为此，需要定时的对CLB存储单元进行刷新，避免SEU错误的累积。

目前，SRAM型FPGA开发出了动态部分重配置功能，即在SRAM型FPGA正常工作期间，对配置数据中的一部分进行重配置，从而实现将正确的码流不断覆盖CLB，有效的避免SEU错误的累积降低TMR的防护效果。BRAM部分提供了SRAM型FPGA在信号处理过程中数据的存储。由于BRAM存储的数据经常性的进行读写操作，通常是变化的数据，因此CLB的动态部分重配置功能不能作用在BRAM上。对于采用TMR进行BRAM的SEU防护，为了对TMR的BRAM数据进行定时刷新以减少SEU错误累积影响，需要利用CLB资源，自行设计数据刷新器，对采用TMR的BRAM中的数据定时刷新，此种防护结构称为BRAM自刷新三模冗余单粒子防护设计。