基于XDL网表的SRAM型FPGA单粒子软错误敏感性分析

摘要

随着空间仪器所承担任务的复杂性与精密性逐步提升，具备高性能，低成本和可重配置等优势的SRAM型FPGA在空间仪器中的应用也越来越多，这给空间仪器带来性能上提升的同时也引来了诸多问题，其中单粒子效应造成的影响尤为突出，且随着集成电路特征尺寸的逐渐减少，这一影响还会越来越严重。对FPGA系统单粒子软错误敏感性的分析能够找到 FPGA系统中受单粒子效应影响最为严重的地方，抓住设计中抗单粒子软错误的薄弱环节。如此，在地面即可预言系统在轨的运行情况，有针对性的进行系统加固和制定应对措施，保证系统的正常运行。
　　目前业内公认的评估器件单粒子软错误敏感性的方法为高能粒子实验和故障注入，前者成本高昂，资源紧张，后者注入时间长，效率低。本文研究的基于XDL网表的SRAM型FPGA单粒子软错误敏感性分析方法，能够快速高效的分析系统单粒子软错误，且成本低廉，是未来评估系统单粒子软错误敏感性的重要手段。研究将从 Xilinx FPGA设计中得到的.ncd文件出发，得到 XDL网表，再基于Rapidsmith开发用于提取电路结构信息，进行系统单粒子软错误敏感性分析的软件。论文研究主要工作包括：
　　（1）敏感点的判断方法。论文研究的敏感点的判断方法可以把敏感点定位到具体的每一个配置位，具有更高准确度，并基于Rapidsmith开发了XDL网表的分析软件，目前支持XC4VSX55 FPGA系统的单粒子软错误敏感性分析。
　　（2）XDL网表中FPGA资源的解析。论文研究了XDL网表描述的FPGA资源，解读了敏感资源在XDL网表中的描述，阐述了XDL网表的语法结构、详细解析了其描述内容和FPGA的底层电路资源的对应关系，强化了人们对XDL网表与FPGA资源的认知，弥补了国内此类内容描述不清的缺点。
　　（3）配置文件中FPGA资源的解析。论文完成了XDL网表描述的FPGA资源与配置位的映射关系，纠正了Xilinx官网上发布的XC4VSX55芯片帧地址排布的错误，并进一步探究了PIPs资源与配置位的对应关系，解析了帧结构，基本完成了 XC4VSX55芯片配置数据的解析，且研究方法具有通用性，适用于 Virtex-5及更高系列芯片。