SRAM型FPGA容错方案的设计与初步实验研究

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在我国航天领域近几十年的发展中,SRAM型FPGA由于具有开发成本低、开发周期短、配置的多样性和可重复性以及数据处理方面的高效性与灵活性等一系列优点,而被广泛应用于航天器电路系统之中。然而恶劣的空间辐射环境中存在大量高能粒子,这些高能粒子对FPGA的撞击,会对其产生许多影响,其中最为突出的是单粒子翻转效应(Single-Event Upset,简写为SEU)。为了使SRAM型FPGA能更好的适应空间环境、抵抗辐射效应,其可靠性设计即FPGA容错方法的研究是必不可少的。针对SRAM型FPGA在轨如何抑制单粒子翻转效应,本文主要基于回读、比对刷新法来开展研究。回读、比对刷新法的基本思路是利用外置抗辐射能力强的芯片对目标FPGA进行控制,其核心思想是对FPGA的配置区数据进行实时回读与监控,并将回读数据与原配置数据进行比对,当发现回读数据有错误时,即进行判断是否对FPGA进行重配置。该方法具有较高的稳定性和实时性,但其外置控制电路设计较为复杂,系统资源占据较大。针对这一方案,本文首先确认了实验对象为Xilinx的Virtex-Ⅱ型XC2V3000,并对整个实验中所需要的原理基础,例如Virtex-Ⅱ型FPGA配置原理、SelectMAP配置模式、回读技术做了详细阐述,其次设计并搭建了其演示验证系统并给出了整个系统的工作流程,最后进行了主要环节的代码设计及仿真。通过在搭建的硬件平台上进行实验调试,完成了主串模式下对FPGA的配置,确定了硬件电路系统的稳定性;初步调研了FPGA主并模式的配置,其未成功的结果为从并模式下读取PROM的数据进行了方法约束;在从并模式配置的下,细分三个步骤,完成了控制芯片对PROM的配置数据的读取,完成了配置数据的格式转换以及从并模式控制下配置数据的正常输出,为最终实现回读、比对刷新法奠定了基础。
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