[发明专利]一种面向空间辐射环境下的单粒子翻转测试系统及方法

说明书

本发明公开了一种面向空间辐射环境下的单粒子翻转测试系统及方法，基于空间应用中SRAM型FPGA动态可重构的特点，结合本发明提出的单粒子翻转测试方法，可以根据不同的测试需要对提取的数据进行单个比特位翻转测试或者进行多比特位翻转测试；其中，系统中的功能FPGA模块又可以根据不同测试需求进行功能配置，其灵活性高；其次，通过对注入故障的待测系统设计与标准系统设计的输出结果对比分析，得到系统设计中对单粒子翻转的敏感区域，以此设计出抗单粒子翻转加固程序，增加空间应用中SRAM型FPGA的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明属于可靠性仿真测试技术领域，更为具体地讲，涉及一种面向空间辐射环境下的单粒子翻转仿真测试系统及方法。

背景技术

在电磁、辐射恶劣的太空环境下，集成电路及各类SRAM(Static Random AccessMemory,静态随机存取存储器)型FPGA器件发生故障的可能性大大增加，微电子器件内的敏感逻辑区与带电离子碰撞会改变电路的状态，当带电高能粒子击中半导体器件的敏感区域时，配置程序存储位由“0”变为“1”，或由“1”变为“0”，这种现象通常称为单粒子翻转(SEU,Single Event Upset)。单粒子翻转通常会导致系统信息缺失和功能失效。

半导体器件现场可编程门阵列FPGA具有高性能处理能力、开发成本低等优点，在空间辐射环境中的应用越来越广泛，特别是基于SRAM型FPGA器件，其可以反复重配置的特性使得短时间内多次现场定制的FPGA成为可能。但与此同时基于SRAM型FPGA器件对单粒子翻转十分敏感，因此设计面向基于SRAM型FPGA器件的单粒子翻转仿真测试系统及方法尤为重要。

针对单粒子翻转故障的模拟测试方法主要有地面辐射模拟和故障注入模拟。首先，辐射模拟采用重离子或质子等辐射源来辐照器件，测试其辐射敏感参数，但此方法需要昂贵复杂的设备，测试周期较长，灵活性较差，并且这种模拟方法可能造成辐射污染，具有较高风险。相比之下故障注入模拟的方法试验周期短，可避免装置复杂、费用高等缺点，成为地面模拟单粒子翻转的主要手段。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种面向空间辐射环境下的单粒子翻转测试系统及方法，并根据不同的测试需要对数据进行单个比特位翻转测试或者进行多比特位翻转测试，具有高灵活性、可靠性和稳定性等特点。

为实现上述发明目的，本发明为一种面向空间辐射环境下的单粒子翻转测试系统，其特征在于，包括：

一PC上位机，通过串口与单粒子翻转故障评估模块连接通信，用于发送测试指令和终止测试指令，以及模拟辐射水平参数生成对应的故障配置文件，同时还完成系统工作状态监测和日志文件管理；

一单粒子翻转故障评估模块，包括：配置FPGA模块、功能FPGA模块、串口控制模块、配置存储FLASH和结果存储FLASH，并集成在同一块测试板上，通过串口与上位机进行信息交互；

功能FPGA模块通过串口控制模块接收PC上位机发送测试指令，并为被测FPGA模块提供时钟、使能信号和复位信号，当功能FPGA模块接收到测试指令后，控制配置FPGA模块通过串口控制模块从PC上位机中读取故障配置文件，并将读取的故障配置文件存储在配置存储FLASH中；

当测试开始时，功能FPGA模块控制配置FPGA模块将配置存储FLASH中的故障配置文件读取到配置FPGA模块，并通过SelectMAP方式写入到被测FPGA模块，从而完成翻转故障的注入过程；