[发明专利]一种单粒子误差注入仿真测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种单粒子误差注入仿真测试系统，尤其涉及一种经抗单粒子加固设计的FPGA的可靠性验证。

技术背景

基于SRAM基础的FPGA器件已被广泛地应用于各类航天器和卫星的控制系统中，但是在一些电磁、辐射比较恶劣的外太空环境下，大规模集成电路以及各类SRAM型FPGA器件常常会受到干扰，例如宇宙中单个高能粒子射入半导体器件的灵敏区时，会使器件逻辑状态发生翻转：原来存储位的″0″变为″1″，或者″1″变为″0″，从而导致系统功能紊乱，即发生单粒子效应，这种效应会导致电路系统功能出错，甚至是永久性失效，在各类卫星事故中由单粒子效应引起的卫星事故比重占到了大约70％，并且随着芯片集成度的增加其发生单粒子效应的可能性也在增大。

近些年来，随着我国航天事业的快速发展，SRAM型的存储器已成为航天器电子系统中的主要载体，因此设计一套完整的抗单粒子翻转测试系统对于研究SRAM型FPGA器件的可靠性有很强的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于现场可编程门阵列器件的误差注入仿真系统，该系统可以模拟空间辐射所产生的单粒子效应，通过在控制界面设置各种误差参数，对待测FPGA器件进行误差注入，以验证其在辐照情况下的可靠性。

本发明的技术方案是：一种单粒子误差注入仿真测试系统，包括计算机控制模块、串口控制模块、系统数据控制模块、RAM存储模块、功能测试输出比较模块、待测FPGA模块；计算机控制模块，包括一个人机界面，具有误差和测试参数等设置、测试结果显示和分析统计等功能；系统数据控制模块由一个Spartan-3E系列FPGA芯片组成，控制误差信息的注入，对待测FPGA进行抗单粒子翻转加固；RAM存储模块由一个CY7C026高速双口静态RAM构成，用于存储正确的配置位信息和误差注入命令协议；功能测试输出比较模块由一个Spartan-3E系列FPGA芯片组成，将主控FPGA读出的数据进行比较，判断其是否发生了位翻转；待测FPGA可以是任意需要测试的FPGA芯片，接受各种加固电路以及接受误差注入。

本发明具有积极的效果：(1)本发明通过计算机将设置好的误差注入信息传入到待测FPGA中，在待测FPGA和测试主板上再进行误差的注入和翻转位的比较，最后将测试结果反馈到主控计算机并进行误差注入结果分析，以验证经抗单粒子辐射加固后的FPGA器件的可靠性。(2)本发明使用较为低廉的Spartan-3E系列FPGA芯片，成本较低，便于提高集成度及大规模生产。

附图说明

图1为本发明提供的一种单粒子误差注入仿真测试系统的总体结构图。

图2为本发明提供的一种单粒子误差注入仿真测试系统的测试流程图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明包括计算机控制模块、串口控制模块、系统数据控制模块、RAM存储模块、功能测试输出比较模块、待测FPGA模块。计算机控制界面模块，进行误差设置、测试参数等设置以及对测试结果显示和分析统计；串口控制模块为一个RS-232串口，能够完成计算机控制部分和测试主板之间的信息交流；系统数据控制模块使用一块Spartan-3E系列25万门级的FPGA芯片，控制误差信息的注入以及对待测FPGA进行抗单粒子翻转加固；RAM存储模块使用一块CY7C026高速双口静态RAM，用于存储系统数据控制模中FPGA和功能测试输出比较模块中FPGA的正确配置信息和误差注入命令协议；功能测试输出比较模块同样使用一块Spartan-3E系列25万门级的FPGA芯片，在系统数据控制模块的控制下将正确的配置位数据和经抗单粒子辐射加固测试读出后的数据进行比较；待测FPGA模块提供一个接口，此接口可以接入不同型号的待测FPGA。