[发明专利]一种适用于SRAM型FPGA产品的系统级空间单粒子防护方法

说明书

一种适用于SRAM型FPGA产品的系统级空间单粒子防护方法，给出了对SRAM型FPGA实现系统级空间单粒子防护的流程内容，并从器件、模块、单机、分系统、系统五个层级构建单粒子全面防护体系结构，给出了五个层级间协同关联的交互机制，实现目前情况下最可能的单粒子防护理想目标“发生单粒子事件时尽量不中断正常工作、无法避免中断时尽量降低中断的破坏性影响和恢复正常前的中断时间”。本发明方法可以在配置SRAM型FPGA的不同空间飞行器中实现，从各层级协同实施，协调统一，全面防护应对SRAM型FPGA产品单粒子事件的漏洞，提升了SRAM型FPGA产品应对单粒子事件的连续工作能力。

技术领域

本发明涉及一种适用于SRAM型FPGA产品的系统级空间单粒子防护方法，特别是对SRAM型FPGA从五个层级协同实施的全面防护体系结构和层级间协同关联的交互机制，属于空间飞行器单粒子防护技术领域。

背景技术

空间辐射环境对空间飞行器的电子产品有着严重的影响，单粒子效应(SEE)是主要要考虑的影响，会产生潜在的严重后果，包括信息丢失和功能失效等。宇宙空间存在着各种粒子，如质子、电子、重离子等，当具有足够转移能量的带电粒子击中器件时，就可能发生单粒子效应，进而引发系统故障。根据粒子能量大小和击中器件的位置，单粒子效应可能产生损坏或瞬时效应。单粒子效应包括单粒子翻转(SEU-存储单元中的位翻转)、单粒子锁定(SEL-瞬态电流导致设备功能性损坏)、单粒子烧毁(SEB-场效应管漏源极烧毁)、单粒子栅击穿(SEGR-功率MOSFETs器件的栅氧化物中形成导电路径的烧毁)等。

近年来，空间飞行器的电子系统大量采用SRAM型FPGA这种大规模集成电路器件，以满足数字化设计、融合化设计等带来的信息交互复杂、数据处理量增加、算法实现大量增加的需求，实现更多功能和更优性能。SRAM型FPGA在空间飞行器上的应用数量越来越多，对应门电路的门数越来越高，发生的单粒子事件越来越多，已成为近年来空间飞行器发生数量较多、影响较大的重大威胁之一。

SRAM型FPGA的门数越高，可实现的加固措施越少，更别提单粒子免疫的实现可能。对国内器件来说，还受限于国内器件加固的工艺水平，可实现的加固程度相对欧美更低。因此，仅仅通过器件选用，无法避免SRAM型FPGA单粒子事件的发生，也无法有效应对单粒子事件的影响。单粒子效应可能造成瞬时效应，也可能造成不可恢复的损坏；对瞬时效应，可以通过容错等方法纠正或恢复；对不可恢复的损坏，只能通过备份手段实现功能保证或将影响减低到最小。目前情况下，最可能的单粒子防护理想目标是：发生单粒子事件时尽量不中断正常工作、无法避免中断时尽量降低中断的破坏性影响和恢复正常前的中断时间。为了实现这个可能的理想目标，需要建立各个层级协同统一的防护体系结构，并通过层级间协同关联的交互机制，实现协同应对单粒子事件的全面防护，提升空间飞行器不间断稳定运行的能力。

发明内容

本发明解决的问题：克服现有技术的不足，提出了一种适用于SRAM型FPGA产品的系统级空间单粒子防护方法，避免或降低目前较多空间飞行器存在的单粒子防护重芯片但系统性不足、有一定系统考虑但针对性、协调性不足带来的防护漏洞的问题。

本发明的技术解决方案：

一种适用于SRAM型FPGA产品系统级空间单粒子防护方法，步骤如下：

(1)进行器件空间单粒子防护设计，所述器件是指SRAM型FPGA；

(2)进行模块空间单粒子防护设计，所述模块是指单机中SRAM型FPGA所在的功能模块，即FPGA所在模块；

(3)进行单机空间单粒子防护设计，所述单机是指SRAM型FPGA所在单机，该单机包含FPGA所在模块；

(4)进行分系统空间单粒子防护设计，所述分系统是指SRAM型FPGA所在单机归属的分系统；

(5)进行系统空间单粒子防护设计，所述系统是指空间飞行器整体，包含FPGA所在分系统。