基于FPGA的天基網(wǎng)絡(luò)處理通用加固機(jī)制研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)使得電子系統(tǒng)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。FPGA具有設(shè)計(jì)周期短、可配置性以及高性能等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為星載電子系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。但是，隨著器件尺寸的逐漸減小，其噪聲容限也逐步降低，對(duì)單粒子效應(yīng)愈發(fā)敏感，嚴(yán)重的影響了系統(tǒng)的功能。
　　近年來(lái)，隨著單粒子效應(yīng)的不利影響不斷增強(qiáng)，對(duì)天基系統(tǒng)的可靠性要求越來(lái)越高。而在高性能商用FPGA芯片基礎(chǔ)上采用冗余防護(hù)電路的容錯(cuò)方法來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性已經(jīng)成為一

2、種趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)處理具有數(shù)據(jù)信息量大、控制處理邏輯和數(shù)據(jù)緩存的區(qū)分比較明顯以及操作流程比較固定等特點(diǎn)，傳統(tǒng)加固方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)處理的加固缺乏針對(duì)性。本文對(duì)基于FPGA天基網(wǎng)絡(luò)處理進(jìn)行可靠性研究，提出了加固的通用機(jī)制。主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下三個(gè)方面：
　　第一、提出了基于FPGA天基網(wǎng)絡(luò)處理的通用加固機(jī)制SDCR（Separate Data and Control Reinforcement）。該機(jī)制根據(jù)網(wǎng)絡(luò)處理具有數(shù)據(jù)信息量大、控制處理邏

3、輯和數(shù)據(jù)緩存相對(duì)獨(dú)立以及操作流程比較固定等特點(diǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)處理的數(shù)據(jù)通路和控制通路靈活運(yùn)用不同加固方法：使用多模冗余加固控制處理邏輯，使用編碼加固來(lái)增加數(shù)據(jù)的可靠性。
　　第二、基于該通用加固機(jī)制，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了天基網(wǎng)絡(luò)處理邏輯?；赬ilinx公司 TMR工具的工作原理，提出帶修正的模塊級(jí) TMR加固方法，對(duì)邏輯進(jìn)行模塊級(jí)的三模冗余。該方法可修正重要寄存器的錯(cuò)誤，比 Xilinx公司 TMR工具更具通用性和可移植性。
　　第三、

4、為了測(cè)試所實(shí)現(xiàn)天基網(wǎng)絡(luò)處理邏輯的可靠性，對(duì)該網(wǎng)絡(luò)處理邏輯進(jìn)行了故障測(cè)試。在介紹常用可靠性評(píng)估方法的基礎(chǔ)上，分析了基于位流文件和基于存儲(chǔ)單元兩種故障注入方式的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇基于存儲(chǔ)單元的故障注入方式，采用故障自動(dòng)注入與測(cè)試的方法，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模故障的自動(dòng)注入和測(cè)試。故障測(cè)試結(jié)果表明，該加固機(jī)制簡(jiǎn)潔高效，具有很好的加固效果。
　　綜上所述，本文對(duì)基于FPGA天基網(wǎng)絡(luò)處理的加固問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，提出了SDCR的通用加固機(jī)制、帶修正的模塊