SRAM型FPGA单粒子故障的“逻辑探针”间接检测方法研究

单粒子效应一直是制约空间电子仪器发挥效能的主要因素之一。作为空间电子仪器的关键信号处理器件，SRAM型FPGA自应用以来，单粒子故障就备受关注。器件集成度越高，内核工作电压越低，受单粒子效应的影响就越显著，单粒子故障检测已经成为空间电子仪器设计必须慎重考虑的问题。课题将针对SRAM型FPGA单粒子故障的低代价间接检测问题，从FPGA的单粒子故障模式与故障特性出发，研究FPGA的"五要素"单粒子故障分析模型，研究描述单粒子故障产生、传递和耦合过程的状态转移方程，推导描述单粒子故障耦合程度的归一化耦合因子；以"逻辑探针"和目标设计之间的耦合度最大化为原则，优化"逻辑探针"的布局布线算法和"逻辑探针"触点的类型，提高单粒子故障间接检测概率、降低虚警概率和检测方法带来的资源与速度性能方面的损失，从而为加强我国SRAM型FPGA的空间应用能力、提高空间电子仪器的整体可靠性提供技术支撑。

SRAM 型 FPGA 对空间辐射环境单粒子效应极度敏感， 单粒子效应可能导致系统功能中断和失效， 因此单粒子故障发生后的检测和修复极为重要。 本结题报告总结了自然科学基金项目“ SRAM 型 FPGA 单粒子故障的“逻辑探针”（ Logic Probe） 间接检测方法”的研究内容和成果。.（ 1） 建立一种适用 SRAM 型 FPGA 的“五要素”分析模型，研究 FPGA 单粒子故障在电路系统层面的转移和耦合特性，并对单粒子故障的耦合特性进行量化分析；.（ 2） 基于单粒子效应的耦合特性， 给出一种基于“逻辑探针”的低代价的单粒子故障间接检测方法； 从布局布线角度， 提出解决 SEU-MBE（单粒子翻转引起的多个模块同时故障） 的区域约束法和布线修正法。.（ 3） 分析“逻辑探针” 虚警概率和检测概率之间的矛盾， 获得检测概率和虚警概率的数学表达式，分析检测方法对 FPGA 资源速度的影响，最后通过故障注入试验分析“逻辑探针”方法的检测性能，给出“逻辑探针”方法的设计原则。.项目研究在模型分析方法、布局布线算法和“逻辑探针”设计等方面形成一套较为完善的SRAM 型 FPGA 单粒子故障间接检测方法，降低传统单粒子故障检测带来的资源和速度性能方面的代价，提高故障检测概率， 从而为加强我国 SRAM 型 FPGA 的空间应用能力，提高空间电子仪器的整体性能和可靠性提供支撑。