面向SRAM型FPGA軟錯(cuò)誤的可靠性評(píng)估與容錯(cuò)算法研究.pdf

1、計(jì)算可靠性一直以來(lái)都是集成電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用領(lǐng)域所關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。隨著集成電路制造工藝的不斷進(jìn)步和電路集成度的持續(xù)增加，由高能粒子輻射和噪聲干擾造成的軟錯(cuò)誤問(wèn)題也正在日益拓展的FPGA應(yīng)用領(lǐng)域中逐步顯現(xiàn)出來(lái)。增強(qiáng)FPGA芯片及系統(tǒng)容軟錯(cuò)誤的能力，提高其系統(tǒng)可靠性已經(jīng)成為FPGA的設(shè)計(jì)領(lǐng)域面對(duì)的重要技術(shù)問(wèn)題。
　　 軟錯(cuò)誤是諸如靜態(tài)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)隨機(jī)發(fā)生改變的一種現(xiàn)象。針對(duì)軟錯(cuò)誤效應(yīng)的可靠性評(píng)估與容錯(cuò)防護(hù)設(shè)計(jì)是高可靠FPGA設(shè)

2、計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的針對(duì)FPGA的可靠性評(píng)估往往需要在流片后利用加速的高能粒子照射獲得，但這種方法無(wú)益于設(shè)計(jì)階段盡早地開(kāi)展面向軟錯(cuò)誤的可靠性設(shè)計(jì)需求。同時(shí)，針對(duì)當(dāng)前設(shè)計(jì)期間FPGA的軟錯(cuò)誤評(píng)估方法缺乏結(jié)構(gòu)完整性以及統(tǒng)一量化的評(píng)估指標(biāo)等問(wèn)題，本文根據(jù)軟錯(cuò)誤的形成機(jī)理，面向FPGA不同結(jié)構(gòu)元素的微結(jié)構(gòu)對(duì)軟錯(cuò)誤進(jìn)行行為模式的建模，并提出了一個(gè)統(tǒng)一的軟錯(cuò)誤敏感度評(píng)估指標(biāo)和方法，為量化分析FPGA軟錯(cuò)誤問(wèn)題提供了新的依據(jù);在此基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建了一

3、個(gè)面向FPGA配置字軟錯(cuò)誤的可靠性評(píng)估流程和評(píng)估工具，有效拓展了設(shè)計(jì)期間對(duì)FPGA軟錯(cuò)誤效應(yīng)的分析能力。實(shí)踐表明，該工具可以幫助識(shí)別FPGA中對(duì)軟錯(cuò)誤敏感的結(jié)構(gòu)元素，為容軟錯(cuò)誤的可靠性設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供合理的指導(dǎo)和幫助。
　　 在上述工具的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步研究了面向FPGA配置字軟錯(cuò)誤的容錯(cuò)緩解技術(shù)。鑒于目標(biāo)應(yīng)用的特點(diǎn)，本文旨在探求以較低容錯(cuò)代價(jià)獲得提升FPGA可靠性的方法。根據(jù)以上目標(biāo)，本文深入分析了軟錯(cuò)誤在FPGA電路中產(chǎn)生、

4、傳播和顯現(xiàn)的過(guò)程;并從FPGA的微結(jié)構(gòu)和固有冗余出發(fā)，首次提出了一種面向布線資源配置字軟錯(cuò)誤和一種面向邏輯資源配置字軟錯(cuò)誤的原地容錯(cuò)緩解算法。不同于其它容錯(cuò)方法所帶來(lái)的巨大面積、功耗和性能的開(kāi)銷，本文提出的這兩種算法都基于原地重配置的思想，不需要改動(dòng)既有的FPGA布局布線結(jié)果，從而具有最小的面積、性能及功耗損失。實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的方法能夠有效降低配置字軟錯(cuò)誤引發(fā)的FPGA功能失效概率，并與其它方法具有良好的兼容性，能夠有效地確保FPG

5、A開(kāi)發(fā)周期的收斂。
　　 最后，本文對(duì)三模冗余方法的實(shí)際應(yīng)用也進(jìn)行了深入的研究，結(jié)合敏感度指標(biāo)并利用組合概率首次對(duì)三模冗余結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)性能進(jìn)行了理論分析，為容錯(cuò)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)提供了理論的參考。同時(shí)在所提出的統(tǒng)一化軟錯(cuò)誤評(píng)估指標(biāo)和方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合多種容錯(cuò)方法形成了一套面向FPGA軟錯(cuò)誤的綜合評(píng)估和優(yōu)化平臺(tái)，為FPGA軟錯(cuò)誤問(wèn)題的緩解提供了自動(dòng)化的優(yōu)化工具，從而有效解決了FPGA軟錯(cuò)誤的評(píng)估和優(yōu)化問(wèn)題。
　　 軟錯(cuò)誤的評(píng)估和