fpga初始化错误_一种SRAM型FPGA单粒子效应加固平台设计

随着半导体技术的高速发展，大规模集成电路变得更加复杂，开发周期变得更长。FPGA由于具备可编程性，其广泛应用可以降低电路的开发成本。然而，单粒子翻转(SEU)会使FPGA内部的大量的存储器变得不可靠，尤其是Static RAM(SRAM)型FPGA的配置存储器受到重离子轰击时，会导致器件逻辑布线出错，进而引起模块故障，甚至导致整个系统的功能中断。对于SRAM型FPGA，配置存储器的单粒子翻转占整个器件翻转总数的90%以上的比例^[1]，因此对配置存储器的单粒子翻转防护十分重要。

目前也有一些方法可以对抗SEU。三模冗余(Triple Modular Redundancy，TMR)是一种常用的有效，可以有效提高可靠性。TMR的每一个冗余支路可以屏蔽一个错误，但无法处理多比特翻转，尤其是3倍资源的消耗也会影响整个器件的运行功耗。为了减少资源的消耗，文献[2]提出了一种基于双模冗余(Double Modular Redundancy，DMR)的检错电路，它以较小的资源代价来处理多比特翻转；文献[3]提出了一种星载信号处理平台结构，利用高可靠性的反熔丝Actel FPGA对Xilinx V4系列 FPGA进行监控和刷新；文献[4]介绍了FPGA的刷新设计要处理Half-latch，来避免回读无法发现的错误；文献[5]介绍了一种高效的加固测试的方法；文献[6]提出了基于ZYNQ加固的技术。

随着技术的发展，功能模块的集成度逐渐提高，Xilinx公司Kintex-7系列FPGA是当下较为普遍的处理器，而对其的单粒子防护变得更为迫切。为了提高可靠性，有效对抗空间辐射引起的故障，本文提出了一种基于高可靠性反熔丝Actel FPGA对Xilinx Kintex-7 FPGA进行回读、校验和刷新的处理平台。

1 空间辐射

空间中的电子器件，会受到空间中大量高能辐射粒子(质子、电子、α粒子、重离子、γ射线等)的作用，高能粒子对半导体器件PN结的碰撞，在重粒子的运动轨迹周围形成电荷被PN节灵敏电极收集形成瞬态电流，当瞬态电流超过一定值就会触发逻辑电路，将造成半导体存储器或触发器的翻转、逻辑功能的瞬时异常或中断，即单粒子效应。

根据单粒子效应的产生机理，可以对航天应用中的集成电路芯片进行加固，以减少单粒子效应对系统功能的影响。对于单粒子效应的加固，从加固方法上可将其分为工艺上加固和功能上加固两大类。

工艺上的加固指的是采用抗辐射能力强的工艺和材料，制造出具有较高抗辐射能力的器件，例如宇航级的器件，它本身就进行了辐射加固设计