SRAM型FPGA单粒子效应逐位翻转故障注入方法

宋凝芳 秦姣梅 潘 雄 江云天

(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)(第二炮兵装备研究院，北京100085)

SRAM(Static Random Access Memory)型FPGA(Field Programmable Gate Array)具有信息密度大、性能高、可重复编程的特性，在空间领域得到了广泛应用［1］.然而SRAM型FPGA对空间中的单粒子十分敏感，易发生单粒子翻转.单粒子翻转会导致FPGA中存储单元的内容改变，导致计算结构错误、程序执行序列错误等，甚至导致系统的崩溃［2］.因此，在应用于空间环境中之前，必须对FPGA进行容错设计，并对设计的可靠性进行有效测试和评估.

目前，在地面上模拟空间中的单粒子翻转主要采用辐射模拟和故障注入的方法.辐射模拟即采用重离子或高能质子等模拟源来辐照器件，测试其辐射敏感参数，为器件选型和预估实际辐射环境中的单粒子翻转率提供依据.然而，此方法成本很高，注入位置难以控制，而且危险性高.

与此相比，模拟单粒子翻转的第2种方式，即故障注入方法则弥补了上述缺点，成为地面模拟单粒子翻转的重要手段.尤其是利用SRAM型FPGA重配置特性进行的故障注入方法得到了极大的关注.文献［3］提出采用部分动态重配置，随机注入的方法对FPGA进行故障注入.文献［4－5］中提到开发了故障注入平台SLAAC1，对Virtex系列芯片采用TMR(Triple Modular Redundancy)技术后的单粒子翻转可靠性进行评测.此平台只适用于Virtex系列芯片，对VⅡ及以上系列不支持.国内方面，文献［2］实现了基于重配置技术的故障注入，但试验时需由用户提供翻转位的地址.而实际上用户无法知……