一種fpga的空間輻照綜合防護方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種FPGA的空間輻照綜合防護方法及裝置，方法包括以下步驟：（1）根據(jù)不同類型的輻照效應(yīng)設(shè)置對應(yīng)的防護措施，其中，所述防護措施包括代碼級措施、器件級措施、單機級措施以及整星級措施；（2）分析輻照危害的特性，獲取對應(yīng)的輻照效應(yīng)類型；（3）根據(jù)所獲取的輻照效應(yīng)類型，選擇對應(yīng)的防護措施；（4）采用所選擇的防護措施進行輻照效應(yīng)防護。本發(fā)明能夠更好地對空間輻照效應(yīng)進行防護，增強防護措施的有效性、可靠性以及控制的自主性，可實現(xiàn)星載通信設(shè)備壽命期內(nèi)長時間自主無故障運行。
【專利說明】—種FPGA的空間輻照綜合防護方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天測量與控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說，是一種基于SRAM型FPGA的空間輻照綜合防護方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]SRAM (Static RAM的縮寫，即靜態(tài)隨機存儲器)型FPGA因其高密度、高性能、低成本和可重配置的特性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域?？臻g環(huán)境尤其是輻射帶中存在著各種高能粒子，它們對微電子器件產(chǎn)生的電離輻射將導(dǎo)致器件出現(xiàn)總劑量效應(yīng)(TID，Total1nizing Dose)和單粒子效應(yīng)(SEE, Single Event Effect),從而影響系統(tǒng)功能。總劑量效應(yīng)表現(xiàn)為互補金屬氧化物半導(dǎo)體器件長期受高能輻射而造成的性能退化，或電荷累積引發(fā)放電損傷器件。單粒子效應(yīng)表現(xiàn)為單個高能粒子轟擊造成的器件工作異常；單粒子效應(yīng)又可分為單粒子鎖定(SEL, Single Event Latch-up)、單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU, Single Event Upset)等。從應(yīng)用情況來看，即便是抗輻照加固版本的FPGA仍然對SEE十分敏感，因此空間輻照是SRAM型FPGA在空間應(yīng)用的主要障礙。
[0003]現(xiàn)有常見輻射危害的故障影響及防護措施如表1所示:
【權(quán)利要求】
1.一種FPGA的空間輻照綜合防護方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據(jù)不同類型的輻照效應(yīng)設(shè)置對應(yīng)的防護措施，其中，所述防護措施包括代碼級措施、器件級措施、單機級措施以及整星級措施； (2)分析輻照危害的特性，獲取對應(yīng)的輻照效應(yīng)類型； (3)根據(jù)所獲取的輻照效應(yīng)類型，選擇對應(yīng)的防護措施； (4)采用所選擇的防護措施進行輻照效應(yīng)防護。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述FPGA的空間輻照綜合防護方法，其特征在于，步驟(1)中進一步包括為每一類型的輻照效應(yīng)設(shè)置至少一冗余防護措施。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述FPGA的空間輻照綜合防護方法，其特征在于，步驟(1)進一步包括: (11)設(shè)置輻照效應(yīng)中總劑量效應(yīng)對應(yīng)的防護措施為器件級措施以及單機級措施的至少其中之一； (12)設(shè)置輻照效應(yīng)中單粒子鎖定效應(yīng)對應(yīng)的防護措施為器件級措施、單機級措施以及整星級措施的至少其中之一； (13)設(shè)置輻照效應(yīng)中單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)對應(yīng)的防護措施為代碼級措施以及整星級措施的至少其中之一； (14)設(shè)置輻照效應(yīng)中單粒子功能中斷效應(yīng)對應(yīng)的防護措施為單機級措施以及整星級措施的至少其中之一； (15)設(shè)置輻照效應(yīng)中單粒子瞬態(tài)脈沖效應(yīng)對應(yīng)的防護措施為單機級措施以及整星級措施的至少其中之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述FPGA的空間輻照綜合防護方法，其特征在于，所述代碼級措施用于對輻照效應(yīng)中的單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)進行防護，包括:采用動態(tài)重構(gòu)方式對信道功能進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常則啟動重加載J^FPGA內(nèi)部各寄存器采用同步邏輯方式，對內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù)定時更新；對預(yù)選參數(shù)及變量進行多次取樣大數(shù)判決；以及綜合信息處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述FPGA的空間輻照綜合防護方法，其特征在于，所述器件級措施用于對輻照效應(yīng)中的總劑量效應(yīng)以及單粒子鎖定效應(yīng)進行防護，包括:根據(jù)抗總劑量要求選擇相應(yīng)級別的且對單粒子鎖定免疫的產(chǎn)品；配置芯片選用對單粒子事件不敏感的產(chǎn)品；以及進行資源降額處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述FPGA的空間輻照綜合防護方法，其特征在于，所述單機級措施用于對輻照效應(yīng)中總劑量效應(yīng)、單粒子鎖定效應(yīng)、單粒子功能中斷效應(yīng)以及單粒子瞬態(tài)脈沖效應(yīng)進行防護，包括:對結(jié)構(gòu)進行屏蔽加固、采用看門狗電路以及對部分變量采用三模冗余。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述FPGA的空間輻照綜合防護方法，其特征在于，所述整星級措施用于對輻照效應(yīng)中的單粒子鎖定效應(yīng)、單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)、單粒子功能中斷效應(yīng)以及單粒子瞬態(tài)脈沖效應(yīng)進行防護，包括:對通信設(shè)備進行接收機熱備份、發(fā)射機冷備份的雙機冗余配置；設(shè)置設(shè)備開/關(guān)指令、設(shè)備復(fù)位指令；以及通過其它設(shè)備自主對設(shè)備進行復(fù)位操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述FPGA的空間輻照綜合防護方法，其特征在于，步驟(1)之后進一步包括:對每一防護措施進行效果評估，其中所述效果評估進一步包括故障注入測試、輻射模擬測試和在軌飛行驗證。
9.一種FPGA的空間輻照綜合防護裝置，其特征在于，包括: 一設(shè)置模塊，用于根據(jù)不同類型的輻照效應(yīng)設(shè)置對應(yīng)的防護措施，其中，所述防護措施包括代碼級措施、器件級措施、單機級措施以及整星級措施； 一分析模塊，用于分析輻照危害的特性，獲取對應(yīng)的輻照效應(yīng)類型； 一選擇模塊與所述設(shè)置模塊以及分析模塊相連，用于根據(jù)所述設(shè)置模塊的設(shè)置內(nèi)容以及所述分析模塊所獲取的輻照效應(yīng)類型，選擇對應(yīng)的防護措施； 一處理模塊與所述選擇模塊相連，用于采用所述選擇模塊所選擇的防護措施進行輻照效應(yīng)防護。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述FPGA的空間輻照綜合防護裝置，其特征在于，所述裝置進一步包括效果評估模塊:所述效果評估模塊與所述設(shè)置模塊相連，用于對每一防護措施進行效果評估，其中所述效果評估進一步包括故障注入測試、輻射模擬測試和在軌飛行驗證。
【文檔編號】G06F11/00GK104035828SQ201410210899
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】何濤, 曹金, 李志強, 蔡志鳴, 周依林 申請人:上海微小衛(wèi)星工程中心