[发明专利]一种基于故障注入的测试系统单粒子功能失效率的方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到电子系统可靠性测试技术领域，特指一种基于故障注入的测试系统单粒子功能失效率的系统及其方法。

背景技术

电子系统运行于空间辐射环境，极易产生空间辐射效应，影响材料性能和数据处理。单粒子效应能够使集成电路发生逻辑状态翻转、逻辑功能的瞬时异常或中断，而且随着CMOS工艺的下降，PN结的阈值电压降低，电子器件如FPGA、处理器、存储器等面临单粒子效应威胁日趋严峻。评价电子系统的抗单粒子效应的可靠性也越来越得到研究和重视。

评价电子系统的抗单粒子可靠性指标一般指系统在空间运行的功能失效率，对于可靠性的地面测试一般采用重离子束流实验，测试电路的单粒子翻转截面，然后结合空间的高能粒子通量等参数计算出功能失效率。另一种新的技术是故障注入技术，针对器件或系统进行故障注入以测试其抗单粒子效应性能指标，如故障修复率和无故障时间等。故障注入技术通过硬件描述语言完成对故障注入方法的描述，然后通过通用接口将故障注入到电路中去，以实现与单粒子翻转、单粒子功能中断、单粒子瞬态等效的可恢复性的单粒子效应。相比于重离子束流实验，故障注入方法具有周期短、成本低、对器件无损伤等优势。

利用故障注入的方法来检测电子系统的抗单粒子效应性能是一种快速有效的方法，但由于故障注入一般情况下针对的只是系统中的某一位置，而未能遍历整个系统；且系统中各个部分或模块的本征的单粒子翻转截面存在不同，不同部分或模块所发生的单粒子软错误形式亦有差异，某一个功能模块或者部分的单粒子功能失效率并不能代表整个系统的单粒子功能失效率；准确测试评估电子系统的抗单粒子效应性能，评估其系统的功能失效率，仍然存在一定问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作方便、简单易行、准确性高的基于故障注入的测试系统单粒子功能失效率的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于故障注入的测试系统单粒子功能失效率的方法，其步骤为：

（1）将被测系统进行功能模块划分；

（2）在两个同时运行的相同的被测系统中，对其中一个被测系统的一个功能模块注入单粒子故障，同时输出比较器采集两个被测系统的输出，进行比对；如果出现差异，则证明单粒子故障引起了被测系统的功能失效；如果没有出现差异，则证明故障对被测系统未产生影响或者故障被容忍了；

（3）在遍历每个功能模块的测试之后，根据每个模块完成的故障注入次数和出现的功能失效次数计算出系统的功能失效率。

作为本发明的进一步改进：使用上位机来负责生成系统运行的配置程序和故障注入码流；使用下位机来下载要加载到两个被测系统的程序；使用故障注入器来生成可以注入到被测系统的故障码流，使用时钟同步单元来产生复位刷新信号控制两个系统的同时运行以及在失效时控制故障注入器对被测系统的故障注入；使用输出比较器来收集两个被测系统的输出数据进行比较，出现差异时反馈信号给时钟同步单元；使用功能失效分析单元来将每个功能模块的故障注入的次数和响应的功能失效次数进行收集，依此计算出整个系统的功能失效率。

作为本发明的进一步改进：进行单粒子功能失效率测试的具体步骤为：

步骤1：整个系统上电；

步骤2：下位机从上位机把要配置到两个被测系统中的程序下载；

步骤3：下位机将程序配置给两个被测系统；

步骤4：时钟同步单元对两个系统发送复位指令控制两个被测系统同时运行；

步骤5：上位机将生成的故障注入位流下发到故障注入器中；

步骤6：故障注入器将码流进行解析并注入到其中一个被测系统的某一模块中，每成功完成一次注入，且注入故障数由n变为n+1；

步骤7：输出比较器收集两个被测系统的输出数据并进行比较，如两个被测系统的输出存在差异，功能失效由k变为k+1，同时时钟同步单元发送复位两个被测系统重新开始运行程序；如果不存在差异，则继续进行故障注入，记录注入故障的次数，直到发生故障注入为止；在完成一个模块的故障注入测试后，切换到下一个模块的故障注入，并重复上述步骤1～7；

步骤8：每个模块最后的故障注入数N和出现的功能失效次数k_i发送给功能失效率分析单元；

步骤9：功能失效率分析单元根据每个模块的故障注入数及引起功能失效次数计算出整个系统的单粒子功能失效率。