[发明专利]基于程序定期更新的单粒子翻转影响量化指标确定方法

说明书

本发明提供了一种基于程序定期更新的单粒子翻转影响量化指标确定方法，其包括：针对定期更新中央处理器CPU中的指令Cache，将单粒子翻转SEU对电子系统的影响定量表征为单粒子翻转SEU敏感面积，计算程序保持不变时指令Cache输出的错误数，构建采用程序定期更新步骤之后的指令Cache输出的错误数的修正物理模型，获取采用程序定期更新步骤后指令Cache输出的错误数，确定采用程序定期更新步骤后对单粒子翻转SEU影响的量化指标。本发明可实现程序定期更新步骤对减缓单粒子翻转SEU影响效果的定量评估，有力支撑工程实施过程中辐射效应对电子产品影响的定量评估，可有效支撑电子系统可靠性的定量评估，同时其定量评估结果利于适航取证活动的开展。

技术领域

本发明属于系统可靠性技术领域，特别是一种基于程序定期更新的单粒子翻转对电子系统影响量化指标确定方法。

背景技术

近地空间(0～20km)、邻近空间(20km～200km)以及太空(＞200km)均存在高能粒子辐射环境，高能粒子的种类及其能谱随高度不同而不同，这些高能粒子入射半导体器件后均可能诱发单粒子效应(SEE)，危害电子系统的可靠运行，增大了系统故障频率或失效率，影响系统可靠性指标。由于集成电路的特征尺寸越来越小，集成电路对SEE越来越敏感。对于特征尺寸小于90nm的集成电路，SEE已成为主要故障源，SEE诱发的故障率已大于其他因素诱发的故障率总和。日益严峻的SEE危害已受到航天、航空、通信、汽车电子、轨道交通、电力、大数据、健康管理等行业的重视。

为了减缓SEE的危害影响，应针对电子器件及其SEE特点采用必要的减缓措施，如奇偶校验、检错纠错、三模冗余、定时更新等。高能粒子入射CPU，易诱发CPU发生单粒子翻转(SEU)，SEU是单粒子效应中的一种故障模式，其故障模式是逻辑状态发生非预期的改变，这种改变可以是“1”转变为“0”，也可以是“0”转变为“1”。CPU中的数据和指令高速数据缓存(Cache)单元相比其他单元更易发生SEU。数据Cache的SEU输出的系统错误一般是数据错误，而不影响程序的执行，数据Cache的SEU减缓措施一般可采用奇偶校验和检错纠错；指令Cache的SEU可能导致程序异常，系统功能丧失，通常后果非常严重，指令Cache的SEU减缓措施只能采用程序定期更新步骤。

然而，目前程序定期更新步骤对SEU影响的减缓效果评估缺乏定量计算，影响工程实施过程中定量评估辐射效应对电子产品影响，也影响对电子系统可靠性的定量评估。定量计算程序定期更新步骤对SEU危害的减缓效果，不仅是辐射效应危害评估中的重要工作，也是系统可靠性计算的一个重要组成部分。因此，为解决此问题，寻求一种基于程序定期更新的单粒子翻转影响量化指标确定方法，以定量评估程序定期更新步骤对SEU危害的减缓效果、便于适航取证活动的开展是十分迫切且必要的。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出一种基于程序定期更新的单粒子翻转影响量化指标确定方法。该方法包括针对定期更新中央处理器CPU中的指令Cache，将单粒子翻转SEU对电子系统的影响定量表征为单粒子翻转SEU敏感面积，计算采用程序定期更新步骤前指令Cache输出的错误数，构建采用程序定期更新步骤之后的指令Cache输出的错误数的修正物理模型，获取采用程序定期更新步骤后指令Cache输出的错误数，确定采用程序定期更新步骤前后对减缓单粒子翻转SEU影响效果的差异量化指标。本发明可实现程序定期更新步骤对减缓单粒子翻转SEU影响效果的定量评估，有力支撑工程实施过程中辐射效应对电子产品影响的定量评估，可有效支撑电子系统可靠性的定量评估，同时其定量评估结果利于适航取证活动的开展。

本发明提供一种基于程序定期更新的单粒子翻转影响量化指标确定方法，其包括以下步骤：

S1、针对定期更新中央处理器CPU中的指令Cache，将单粒子翻转SEU对电子系统的影响定量表征为单粒子翻转SEU敏感面积σ：

其中，Fluence表示入射电子系统的高能粒子注量；n表示电子系统发生单粒子翻转SEU的个数；