基于FPGA的故障注入系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著新型國(guó)產(chǎn)多核處理器在航天軍用等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多，對(duì)新型國(guó)產(chǎn)多核處理器計(jì)算平臺(tái)的可靠性愈來(lái)愈重要。針對(duì)可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，主要是在基于龍芯以及在航天國(guó)防上有廣泛應(yīng)用的SPARC多核處理器可靠性FPGA仿真驗(yàn)證平臺(tái)。
　　航天國(guó)防中的電子系統(tǒng)愈來(lái)愈復(fù)雜，F(xiàn)PGA作為數(shù)字系統(tǒng)中的代表，有著集成度高、研發(fā)成本低、開(kāi)發(fā)周期端等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于航天國(guó)防。然而，在太空的輻射環(huán)境中，存在各種各樣的高能粒子，高能粒子對(duì)FPGA的影響格外顯著

2、，其原因是高能粒子可以改變 FPGA內(nèi)部的配置存儲(chǔ)器的信息，即發(fā)生配置存儲(chǔ)器的0/1翻轉(zhuǎn)。高能粒子或者改變 FPGA邏輯功能區(qū)的配置信息使系統(tǒng)中斷，或者改變FPGA RAM單元使數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或者丟失，都將最終導(dǎo)致運(yùn)行在FPGA上的系統(tǒng)或者功能部件異常甚至失效。
　　在一般情況下，沒(méi)有條件模擬外太空的輻射環(huán)境，為了驗(yàn)證新型國(guó)產(chǎn)多核處理器計(jì)算平臺(tái)的可靠性，需要軟件模擬外太空輻射環(huán)境。Xilinx公司有一類IP核，軟錯(cuò)誤緩解（SEM）IP核

3、可以實(shí)現(xiàn)模擬FPGA芯片上的邏輯狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。
　　為了實(shí)現(xiàn)可靠性FPGA仿真驗(yàn)證平臺(tái)的搭建，模擬單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)，本文在分析了SEM核結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究設(shè)計(jì)了對(duì)FPGA內(nèi)部的配置存儲(chǔ)器信息的改變的方法，即基于FPGA故障注入系統(tǒng)的研究。本文搭建了以Xilinx Spartan-6 FPGA芯片為核心的單粒子翻轉(zhuǎn)的測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)；研究了對(duì)FPGA芯片內(nèi)部的配置存儲(chǔ)器信息進(jìn)行回讀的原理；最后，設(shè)計(jì)完成了回讀配置信息的方法與故障注入信息內(nèi)容