FPGA 配置用FLASH 型PROM 数据失效分析及防护措施

刘 浩，段红亮，张雪峰，张欣光，杨薇秀

（北京航天长征飞行器研究所，北京，100076）

0 引 言

SRAM 型FPGA 需要通过加载配置文件比特流至内部存储器完成初始化配置过程。所谓的初始化配置技术，是一种FPGA 在上电后，外围设备（比如配置芯片）开始加载全比特流文件对其内部的全部逻辑资源进行第1 次配置，以实现系统的初始功能[1]。

由于SRAM 型FPGA 的配置存储器是易失型的，每次上电需要重新配置，因此必须外接存储了配置文件的非遗失存储器，通过配置接口完成配置文件比特流加载。较为常用的非遗失性配置文件存储器为FLASH 型PROM（Programmable Read Only Memory），其采用了低功耗先进的COMS NOR FLASH 工艺，可重复擦除或编程达20 000 次，支持IEEE 1149.1 和IEEE 1532 标准边界扫描（JTAG）协议[2]。以Xilinx SRAM型FPGA 为例，其通常的使用过程为：a）设计好软件工程，经过综合及布局布线等过程后生成比特型配置文件；b）根据配置存储器类型转化配置文件；c）通过JTAG 将配置文件烧写至配置存储器中；d）系统整机上电后FPGA 加载配置存储器中的配置文件并开启工作模式。

如果配置存储器内数据异常，则会导致FPGA 无法配置成功，软件无法运行，系统整机表现为失效状态，电流比正常状态偏低。本文针对一起国产FLASH型PROM 数据失效导致FPGA 无法正常配置的案例，对问题机理进行分析后，给出系统层防护措施。本系统选用Xilinx Virtex-4 FPGA 及国产某款配置PROM，此款PROM 可原位替代Xilinx XCFxxP 系列相应产品。

1 案例描述

在系统进行60 ℃高温老练试验的某一循环上电启动时出现系统整机失效现象，且系统上电后工作电流偏小，进一步排查发现系统主处理器FPGA 软件未正常加载成功，因此软件未运行。……