發(fā)布時(shí)間：2019-11-07 16:20

【摘要】：隨著航天技術(shù)及集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,數(shù)字式太陽(yáng)敏感器得到廣泛應(yīng)用,采用So C(System on Chip,片上系統(tǒng))的方法進(jìn)行太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)處理電路的實(shí)現(xiàn),體積小、功耗低,符合衛(wèi)星小型化的趨勢(shì)。So C中的時(shí)序單元極易受到SEU(Single Event Upset,單粒子翻轉(zhuǎn))的影響導(dǎo)致邏輯翻轉(zhuǎn),進(jìn)而引起系統(tǒng)錯(cuò)誤,對(duì)數(shù)字式太陽(yáng)敏感器(以下簡(jiǎn)稱“數(shù)字太敏”)So C進(jìn)行抗SEU加固設(shè)計(jì)對(duì)保證航天器的正常運(yùn)行有重要意義。本文完成了數(shù)字太敏So C在RTL(Register Transition Level,寄存器傳輸級(jí))的抗SEU加固設(shè)計(jì),并將加固后的設(shè)計(jì)進(jìn)行了FPGA(Field-Programmable Gate Array,現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)實(shí)現(xiàn)。首先分析了基于Leon3處理器平臺(tái)設(shè)計(jì)的數(shù)字太敏So C結(jié)構(gòu)并提取了其中的SEU敏感單元,接下來(lái)對(duì)不同敏感單元的SEU加固方法進(jìn)行探討,根據(jù)各敏感單元類型和完成的功能不同,綜合考慮速度、開(kāi)銷及加固效果后,確定了針對(duì)數(shù)字太敏So C的抗SEU加固整體方案。為了減小容錯(cuò)設(shè)計(jì)對(duì)流水線性能的影響并減少開(kāi)銷,對(duì)Leon3處理器中的寄存器堆采用分組漢明碼加流水線重啟的方法加固,對(duì)Cache存儲(chǔ)體使用CRC(Cyclic Redundancy Check,循環(huán)冗余校驗(yàn))結(jié)合強(qiáng)制Cache不命中的方法加固;針對(duì)TMR(Triple Modular Redundancy,三模冗余)加固的FSM(Finite-State Machine,有限狀態(tài)機(jī))在發(fā)生兩位SEU時(shí)失效的問(wèn)題,并考慮到FSM在設(shè)計(jì)中的重要地位,對(duì)低速設(shè)備中的FSM使用One-Hot碼加自檢測(cè)邏輯的方法加固,對(duì)高速設(shè)備中的FSM使用One-Hot碼加TMR的方法加固;為減小開(kāi)銷,對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中的SRAM使用漢明碼加固;其他普通寄存器均采用TMR加固實(shí)現(xiàn)。本文最后對(duì)數(shù)字太敏So C的抗SEU加固設(shè)計(jì)進(jìn)行功能驗(yàn)證和加固效果分析。使用Modelsim對(duì)流水線重啟、強(qiáng)制Cache不命中和低速設(shè)備中FSM的加固進(jìn)行驗(yàn)證,并使用FPGA對(duì)加固后設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)現(xiàn),證明加固后整體功能正確,使用故障注入工具對(duì)寄存器進(jìn)行故障注入,計(jì)算了寄存器加固后的故障率比加固前減小了6個(gè)數(shù)量級(jí)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V448.2

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