[发明专利]基于关键度的FPGA软错误多频度刷新方法及刷新器

说明书

本发明提供了一种基于关键度的FPGA软错误多频度刷新方法，包括如下步骤：S1，以未防护电路作为测试电路，对测试电路对应的配置帧进行故障注入实验，得到配置帧关键度分布；S2，根据配置帧关键度分布计算最优刷新比例，调整不同帧的刷新频率；S3，根据最优刷新比例生成刷新地址序列，利用刷新地址序列依次对配置帧进行扫描并检查正确性，得到防护后电路。同时提供了一种刷新器。随机故障注入测试的结果显示，本发明所提供的基基于关键度的FPGA软错误多频度刷新方法及刷新器，相比盲刷新技术，系统出错率平均下降了20％，实现了对电路软错误的有效保护。

技术领域

本发明涉及FPGA技术领域的一种FPGA软错误的防护及结构支持技术，具体地，涉及一种基于关键度的FPGA软错误多频度刷新方法及刷新器。

背景技术

目前，缓解FPGA单粒子翻转(SEU，Single Event Upset)软错误的防护技术主要分为三类，分别是基于制造工艺的技术，基于设计防护的技术和基于错误恢复技术。

制造工艺方面代表技术有IBM的绝缘体上硅(SOI，Silicon on Insulator)技术，这类技术对工艺进行改进，主要优势是从根本上降低软错误发生的可能，可以将单粒子翻转维持在较低水平。但这类技术往往过于昂贵，且并不能完全消除SEU软错误。

设计防护方面的技术无需改变制造工艺，代表性的主要有三模冗余技术(TMR,Triple Modular Redundancy)，检错纠错编码(EDAC,Error Detection and Correction,)等。TMR技术将待防护的电路备份三份，并将输出用表决器选择，由此可以屏蔽某一个备份的错误，常常用来掩盖系统的错误输出和检测系统输出正确性。冗余技术会带来额外的面积开销和性能损失，如三模冗余会带来三倍以上的开销，而且不能避免错误的积累，常常配合错误恢复技术使用。EDAC技术则是用编码信息保护信息，检错能力由编码能力决定。

错误恢复方面以刷新技术为主，其方法是通过将正确的配置帧信息写入FPGA，可以用较低的开销修复SEU，目前主流的FPGA也都有提供读写配置帧的接口。刷新技术可以避免错误的积累，如果能在错误传播到系统输出之前检测并修复，就可以保证系统的正常运行。

在传统的刷新方法研究中，有一类方向是挑选FPGA的部分配置帧来读回和写入。有研究设计了一个盲刷新系统，周期性地写回所有配置帧，但这种方法无法检测到SEU是否发生。也有读回刷新系统，依次读回单个配置帧，检测到某一帧出现SEU时才将正确的帧写回。考虑到并不是所有配置帧都会被使用，有研究设计了选择性读回刷新系统，只读回电路配置信息使用的配置帧，降低了每个刷新周期读回帧的数量。

另外一类方向则是施加约束压缩配置帧的数量。通过针对FPGA配置结构进行分析，提出了通过适当重排关键比特，重新资源分配，压缩需要刷新的配置帧数量以达到提高刷新效率和降低平均纠错时间的目的，但这类技术在配置帧利用率较高的情况下效果比较一般。

综合现有的研究，传统刷新策略都着眼于减少每个刷新周期读写的帧数，忽略了配置帧受SEU影响的的关键程度的分布，实际上各帧的关键程度是不同的，因此对不同的帧以不同频率刷新的多频刷新策略是非常有必要的。

发明内容

现有技术中，FPGA缓解软错误的刷新技术都采取了对所有配置帧采用同一频率刷新，忽略了配置帧受软错误影响的的关键程度的分布，实际上各帧的关键程度是不同的，因此刷新技术存在针对性不足的问题，这不利于FPGA电路的软错误防护。本发明针对上述刷新技术错误检测缺乏针对性的问题，对电路全配置位进行了关键度测量，提出了一种基于关键度的FPGA软错误多频度刷新方法及刷新器，从而提高了刷新的针对性，降低了系统整体出错率，提高了FPGA电路的可靠性。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于关键度的FPGA软错误多频度刷新方法，包括如下步骤：