Методы и средства прогнозирования стойкости ПЛИС к воздействию радиационных факторов космического пространства

• Автор: Бобровский, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Оглавление

Введение. Общая характеристика работы

Глава 1. Обзор современных классов ПЛИС. Радиационные эффекты, возникающие в ПЛИС

1. Современные классы ПЛИС

2. Радиационные эффекты в ПЛИС при воздействии факторов космического пространства

2.1 Дозовые радиационные эффекты в ПЛИС.

2.1.1 Дозовые радиационные эффекты в ПЛИС типа ГРвА.

2.1.2 Дозовые радиационные эффекты в ПЛИС типа СР1ЛЭ

2.1.3 Дозовые радиационные эффекты в ПЛИС типа АпйАюе.

2.2 Эффекты в ПЛИС от отдельных ядерных частиц

Глава 2. Методы и средства радиационных испытаний ПЛИС

1 Средств радиационных испытаний ПЛИС к дозовым и одиночным эффектам
2 Методы функционального контроля при проведении радиационных
экспериментов. Сравнение методов тестирования.
3 Метод Независимого функционального контроля базовых элементов ПЛИС при испытаниях стойкость к дозовым радиационным эффектам
4 Универсальные структуры для тестирования элементарных блоков ПЛИС при реализации метода независимого функционального контроля.
Выводы.
Глава 3. Экспериментальная оценка эффективности метода независимого функционального контроля ПЛИС.
1 Объекты сравнительного исследования.
2 Состав прошивки при сравнительном исследовании
3 Результаты сравнительного исследования
4 Результаты эксперимешгальных исследований ПЛИС различных классов.
Глава 4. Метод оценки сечения одиночных событий функционального отказа ПЛИС при воздействии ОЯЧ
Глава 5. Аппаратнопрограммный комплекс для проведения радиационных исследований ПЛИС.
1 Требования к комплексам дчя тестирования ПЛИС.
2 Аппаратные комплексы тестирования ПЛИС
2.1 Промышленные комплексы ФК СБИС
2.2 Универсальное устройство ФК при проведении радиационных испытаний.
2.3 Универсальная система функционального контроля на аппаратной платформе i I
ЗПринципы построения программного обеспечения для тестирования ПЛИС.
Выводы.
Заключение.
Список литературы


Все это, а также большое разнообразие используемых корпусов и тактовые частоты, достигающие 0 МГ ц, накладывает ограничения на аппаратуру ФК по количеству линий ввода/вывода и быстродействию. При изучении локальных радиационных эффектов, вызванных воздействием отдельных ядерных частиц, основное внимание уделяется двум: тиристорному эффекту и прерыванию функционирования, связанному с нарушением конфигурации ПЛИС из-за одиночных сбоев в конфигурационной памяти. Как правило, при разработке устройств в базисе ПЛИС не используется 0% её ресурсов, кроме того существует возможность применения схем резервирования. Следовательно, количество функционально чувствительных ячеек конфигурационной памяти (ячейки, сбои в которых приводят к функциональному отказу устройства) меньше полного её объема, а сечение функционального прерывания становится меньше полного сечения функционального сбоя конфигурационной памяти ПЛИС. Так как в современных ПЛИС типа FPGA сбои в конфигурационной памяти неизбежны и существуют решения, позволяющие с определенной периодичностью восстанавливать конфигурацию без прерывания работы ПЛИС, то важно оценивать именно параметр «сечение функционального прерывания». Одиночное событие функционального прерывания (Single-event Functional Interrupts (SEFI)) - такое нарушение функционирования ПЛИС, для восстановления которого требуется перезагрузка конфигурационной информации. При разработке устройства возможны десятки вариантов его реализации, различающиеся количеством функционально чувствительных ячеек конфигурационной памяти. Экспериментально проверять каждую реализацию и выбирать оптимальную не представляется возможным, поэтому актуальной является задача разработки расчетно-экспериментального метода оценки сечения функционального отказа ПЛИС, основывающегося на одном эксперименте но оценке сечения одиночных сбоев всей конфигурационной памяти и на расчетной оценке сечения функционального отказа конкретной реализации устройства. Решению указанных задач посвящена диссертационная работа. Состояние исследований по проблеме. Научно-методическому обеспечению проведения испытаний СБИС на стойкость к воздействию радиационных космических факторов посвящены работы д. Чумакова А. И., к. Яненко А. В. (каф. НИЯУ МИФИ). Быстрицкого A. B., Цыбина С. А. (КТЦ «Электроника», г. Воронеж). Однако в этих трудах практически не рассматривались методы функционального контроля ПЛИС при проведении радиационных испытаний. Проектированию систем на кристалле и способам повышения производительности и снижения энергопотребления посвящены многочисленные работы Шагурина И. И., Шалтырева В. А. (каф. НИЯУ МИФИ). Вопросам диагностического неразрушающего контроля однократно программируемых ПЛИС ф. Actel, основанного на накоплении статистики результатов измерений тока потребления по партиям ПЛИС, посвящены работы Краснова М. И.(ОАО «Российскиекосмические системы»). Функциональному и параметрическому контролю ПЛИС, а также эффектам, возникающим в ПЛИС при воздействии радиационных факторов, посвящены многочисленные работы зарубежных ученых (BuchananN. J., Gingrich D. M., Green P. W., MacQueen D. M, Fabula J. Wang JJ, Stcrpone L. Violante M. Вопросам ФК функционально-сложных СБИС посвящены многочисленные работы к. Калашникова O. A., к. Некрасова П. В., к. Демидова A. A. (каф. НИЯУ МИФИ). Эти работы посвящены преимущественно микропроцессорным СБИС и не учитывают особенностей ПЛИС. Большинство научных работ по теме функционального контроля при проведении испытаний на стойкость к воздействию факторов космического пространства фактически сводятся к описанию результатов тестирования ПЛИС с примитивной тестовой прошивкой и контролем электрических параметров схемы, по результатам которых определяется уровень стойкости. Или же говорится о полном функциональном контроле с использованием данных производителя ПЛИС, недоступных в открытых источниках. В настоящее время нет четкой методики функционального контроля ПЛИС при проведении испытаний па стойкость к воздействию радиационных факторов космического пространства. Не обоснован выбор функциональных блоков для тестирования ПЛИС в процессе проведения радиационного эксперимента.