[发明专利]一种基于SRAM的FPGA抗单粒子翻转方法

说明书

本发明实施例公开了一种基于SRAM的FPGA抗单粒子翻转方法，通过对FPGA配置文件的恢复和容错实现抗单粒子翻转，由于FPGA配置文件根据功能不同，针对配置逻辑帧块采用了回读刷新方法，针对BRAM帧块和BRAM内联帧块采用了自恢复三模冗余的方法。本发明实施例还公开了一种基于SRAM的FPGA抗单粒子翻转的FPGA纠错电路为FPGA在空间应用提供了新的解决方案。

技术领域

本发明涉及FPGA设计领域尤其适用于星上SRAM等存储器抗单粒子翻转的FPGA设计领域。

背景技术

单粒子翻转是宇宙中的空间粒子辐射撞击采用SRAM工艺的FPGA而发生的存储单元位翻转(即存储单元中的1变成0，或0变成1)。翻转的发生可能造成电子设备功能性异常，也有可能导致存储数据的异常。为了提高航空电子设备的抗单粒子翻转的屏蔽和纠错的能力，现有的技术一般采用的技术方案有以下几种：

有针对电子设备前端加固结构设计的方案，使用新材料的抗辐射屏蔽罩对抗单粒子辐射；

或者，采用空间粒子辐射影响较小的技术工艺设计FPGA；

也有针对电子设备后端采用单粒子翻转恢复，如错误检测和编码纠正的技术方案，其中，编码纠正即使用特定的编码和解码规则的纠错码，用于减缓单粒子的辐射，校验和纠正存储器中的故障。

以上的技术方案在工程上具有可行性，但分别存在以下问题：

加固结构设计可以带来抗辐照能力的显著提高，但一般都对附带性能上的牺牲，如可实现的高速时钟往往要下降一半以上，实现成本也由于对工艺的更改而大大增加。单粒子翻转恢复虽然在成本控制和性能损失上相较于第一类方案更为优化，但是由于翻转形式的多样，不能保证百分百的容错，只能提供一定程度的减缓。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于SRAM的FPGA抗单粒子翻转方法。

所述方法通过对FPGA配置文件的恢复和容错实现抗单粒子翻转，所述配置文件存储于配置存储器，根据功能不同所述配置文件在存储器中可划分为配置逻辑帧块、BRAM帧块和BRAM内联帧块，所述方法包括：

配置逻辑帧块采用的回读刷新方法；FPGA从帧地址寄存器中获取配置帧地址，并根据配置帧地址从配置存储单元读取对应的配置数据帧,并对所述配置数据帧进行错误校验和定位；若检验成功则回读下一配置数据帧；若检验失败则将正确的数据写入错误配置数据帧中；

BRAM帧块和BRAM内联帧块采用的自恢复三模冗余电路的方法；自恢复三模冗余电路，增加了电路中表决器的数量，BRAM同时输出同一地址的三路BRAM单元数据用于表决；表决后的数据经过自恢复回路作为新的输入数据；若检测到数据错误则由比较器判断另外两路表决电路中正确的数据并输出，再由自恢复回路恢复BRAM中的错误数据。

本发明的实施例提供了在空间应用中遇到的FPGA单粒子翻转的检验纠错方法，为FPGA在空间应用提供了新的解决方案。

附图说明

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书披露的多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是针对于配置逻辑帧块抗单粒子翻转采用的回读方法的示意图；

图2是针对于配置逻辑帧块抗单粒子翻转采用的刷新方法的示意图；

图3是针对于BRAM和BRAM内联帧块抗单粒子翻转采用的三模冗余方法的示意图。

图4是针对于BRAM和BRAM内联帧块抗单粒子翻转的三模冗余表决电路的设计方法示意图；