空间应用SRAM FPGA单粒子效应逐位翻转故障注入试验

"SRAM型FPGA单粒子效应逐位翻转故障注入方法 (2012年)"这篇论文关注的是在航天及高辐射环境应用中，SRAM（静态随机存取存储器）型FPGA（现场可编程门阵列）的可靠性评估问题。FPGA因其灵活性和可配置性，在航空航天领域广泛应用，但其易受单粒子效应（Single Event Upsets, SEU）的影响，导致性能下降或系统失效。 单粒子效应是由于高能粒子撞击半导体设备，使得存储单元状态发生翻转，引发逻辑错误。针对这一问题，该研究提出了一种逐位翻转的故障注入方法来模拟和分析SEU的影响。此方法利用了动态重配置技术，能够在不中断系统运行的情况下，检测和分析FPGA内部配置存储单元中的敏感位，即那些容易因单粒子效应发生翻转的位。 通过检测这些敏感位的数量和位置，可以计算出动态翻转截面，即系统在遭受SEU时可能出现错误的区域，以及失效率，即单位时间内预期的翻转次数。这些数据对于绘制可靠度变化曲线至关重要，该曲线反映了随着辐射剂量增加，系统可靠性的变化趋势。 论文还通过实验对比了采用TMR（三模冗余）防护设计的SRAM型FPGA乘法器模块和未采用TMR防护设计的模块。TMR是一种常用的抗辐射设计技术，通过复制逻辑单元并进行多数表决来检测和纠正单粒子翻转错误。通过故障注入试验，验证了所识别的敏感位位置的准确性，并计算了各自的设计在遭受SEU时的可靠性参数和曲线，从而为设计优化和防护策略提供依据。 这项工作对于理解和提高SRAM型FPGA在极端环境下的可靠性具有重要意义，为航天电子设备的辐射防护提供了有效的测试手段和理论支持。其研究成果有助于推动高可靠性FPGA在空间任务中的应用，并为后续的相关研究提供了参考。