[发明专利]一种具有BRAM的卫星载荷FPGA及其使用方法

说明书

本发明提供一种具有BRAM的卫星载荷FPGA及其使用方法，所述卫星载荷FPGA包括：内部算法模块、三模表决模块、BRAM及自刷新模块，所述内部算法模块，其输入为通过三模表决模块后正确的输出数据，用于对所述卫星载荷FPGA配置项的处理；所述三模表决模块，获取三模BRAM输出的数据，进行三模冗余表决；所述BRAM及自刷新模块，用于存储在轨参数及控制所述在轨参数的自刷新。根据本发明的卫星载荷FPGA，不需要外部处理器干预即可完成BRAM的自刷新功能,能够解决传统BRAM抗辐照加固方法耗费资源多、处理器访问冲突风险等问题。解决了BRAM由于单粒子翻转的累积导致卫星载荷FPGA数据出错的问题。

技术领域

本发明涉及FPGA空间可靠性领域，尤其涉及一种具有BRAM的卫星载荷FPGA及其使用方法。

背景技术

SRAM型FPGA中含有丰富的BRAM存储资源，是星载FPGA配置项中最常用的IP核，广泛应用于数据缓存和参数存储等，可以实现单口存储器、双口存储器以及FIFO等功能。BRAM是星载FPGA用户逻辑中单粒子发生概率最高的，占2.9%。但由于BRAM中存储的数据一直处于动态应用中，难以实现类似配置数据的定时刷新设计，因此，BRAM中累积的单粒子翻转难以消除。

SRAM型FPGA的空间单粒子效应主要可以分为三类：配置存储器翻转，用户逻辑翻转以及控制单元翻转。配置存储器翻转占所有空间单粒子翻转事件的90%以上，对载荷配置项的影响极大，是载荷抗辐照设计的重点，并形成了一系列抗辐照设计方法。而对于用户逻辑部分而言，其发生单粒子翻转的概率较高，且该部分与用户设计密切相关，难以形成体系化的抗辐照加固设计方法，目前已逐渐成为空间载荷抗辐照设计的瓶颈。特别是其中的BRAM存储器，由于其存储的数据一直处于动态应用中，难以通过传统的刷新操作消除空间单粒子翻转的积累，是目前造成SRAM型FPGA空间单粒子翻转事件的主要原因之一。

对于数据缓存类BRAM而言，尽管BRAM数据为中间结果，一定时间后会被算法自动修复，但BRAM数据错误期间已经对算法后续数据流产生了影响。而对于参数存储类BRAM而言，用户要求BRAM中数据保持不变，但在空间辐照条件下，即使对参数存储BRAM进行了三模冗余，也无法解决单粒子累积造成的数据错误。因此，在星载配置项BRAM加固中，必须设计相应的单粒子累积消除方法，以保证数据的正确性。

传统的单粒子效应消除方法主要有刷新和纠错编码两类。对于刷新而言，常用架构如图1所示，可以看到，传统刷新架构主要通过外部处理器完成对BRAM中数据的刷新，该方案需要单独占用双端口BRAM的一个端口，相当于BRAM资源消耗增加1倍，且存在外部处理器刷新与内部算法访问冲突的可能性。现有技术CN112015584A，属于传统的刷新架构主要通过外部处理器完成对BRAM中数据的刷新，需要单独占用双端口BRAM的一个端口，相当于BRAM资源消耗增加了1倍，且存在外部处理器刷新与内部算法访问冲突的可能性。而基于纠错编码的方法则是对写入BRAM的数据进行编码，在读取时再对数据进行解码。例如常用的基于EDAC编码的BRAM加固方法，该方法不单独占用BRAM端口，减少了BRAM的资源浪费，但并没有从根本上纠正BRAM中数据的单粒子翻转，只是在使用BRAM数据时能够检测2bit错误并纠正1bit错误，随着时间的积累，当BRAM中数据发生多比特错误时，该纠错编码方法将失效。

基于纠错编码的方法是对写入BRAM的数据进行编码，在读取时再对数据进行解码。常用的基于EDAC编码的BRAM数据纠错架构如图2所示。纠错编码方法不单独占用BRAM端口，不会造成BRAM资源的浪费，但纠错编码方法并没有从根本上纠正BRAM中数据的单粒子翻转，只是在使用BRAM数据时能够检测2bit错误并纠正1bit错误，但随着时间的积累，当BRAM中数据发生多比特错误时，纠错编码方法将失效。