依附于SRAM的XILINX FGA單粒子翻轉(zhuǎn)測試

張建寧 張毅博 吳紅芳

摘 要依附于SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器）的XILINX FPGA（賽靈思現(xiàn)場可編程門陣列）具有結(jié)構(gòu)繁瑣及資源豐富的特性，在對其予以單粒子試驗(yàn)過程，只有側(cè)重于其特點(diǎn)，設(shè)計(jì)有針對性的單粒子測試方式才可以精準(zhǔn)的獲取芯片中的單粒子特性，進(jìn)而為抗輻設(shè)計(jì)鋪平道路。

【關(guān)鍵詞】靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器 單粒子翻轉(zhuǎn) 測試 試驗(yàn)方法

近年來伴隨各種航天設(shè)備的全面發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)也逐漸趨于繁瑣化，系統(tǒng)的集成性已不可同日而語。隨著semiconductor技術(shù)的全面發(fā)展，尤其是現(xiàn)場可編程門陣列的廣泛應(yīng)用，為繁瑣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了更為開闊的平臺。因?yàn)橘愳`思企業(yè)的現(xiàn)場可編程門陣列擁有大容量、質(zhì)量輕及編程便捷等一系列特點(diǎn)，所以目前已被航天設(shè)備所應(yīng)用，不過此芯片有幾率出現(xiàn)單粒子翻轉(zhuǎn)問題，因此對此類芯片予以抗單粒子性測試就顯得尤為的重要。

現(xiàn)場可編程門陣列中具有大量的資源，所以對其所具備的抗單粒子性要有一個明確的理解，在此基礎(chǔ)上才可以有指向性的予以抗輻措施，進(jìn)而深化此類芯片在航天設(shè)備中應(yīng)用的穩(wěn)定性。文章將以依附于靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的XILINX FPGA單粒子翻轉(zhuǎn)測試作為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上予以深入的探究，相關(guān)內(nèi)容如下所述。

1 賽靈思現(xiàn)場可編程門陣列單粒子效應(yīng)的基本特性

賽靈思現(xiàn)場可編程門陣列是通過大量的可調(diào)配邏輯系統(tǒng)、輸入輸出模塊以及大量布線資源所構(gòu)建。各邏輯模塊通過查找表、Multiplexer與trigger所構(gòu)建。查找表能夠作為實(shí)際表，進(jìn)而具備Boolean Logic功能。輸入輸出模塊能夠給出外部引腳及可調(diào)配邏輯模塊的端口。可調(diào)配邏輯模塊間通過布線資源串聯(lián)。現(xiàn)場可編程門陣列矩陣涵蓋了可選塊隨機(jī)存取存儲器、分布式隨機(jī)存取存儲器以及Digital Clock Widget。

2 依附于靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的賽靈思現(xiàn)場可編程門陣列單粒子翻轉(zhuǎn)測試方法

單粒子測試要根據(jù)有存儲功能的資源而進(jìn)行。依附于依附于靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的賽靈思現(xiàn)場可編程門陣列資源存在差異，出現(xiàn)單粒子翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象也大相徑庭，對于差異化的的現(xiàn)場可編程門陣列資源要具備相匹配的單粒子翻轉(zhuǎn)測試機(jī)制。配置存儲器單粒子翻轉(zhuǎn)測試的方法是予以現(xiàn)場可編程門陣列配置存儲器回讀，奇跡為一種靜態(tài)測試措施。現(xiàn)場可編程門陣列經(jīng)輸入數(shù)據(jù)流配置存儲器，完成加載后，相關(guān)配置存儲器內(nèi)容會被固化。

現(xiàn)場可編程門陣列具有大量存取端口，因此通過這些端口對配置存儲器予以讀寫，其中包括兩類：

（1）擇取八位異步雙向并行端口SelectMAP；

（2）擇取聯(lián)合測試行為模式。

個別狀態(tài)下，現(xiàn)場可編程門陣列中即使一些區(qū)域己出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，不過因?yàn)閮?nèi)質(zhì)邏輯功能并不是一直處在工作中，現(xiàn)場可編程門陣列的對外輸出看上去不存在任何異常。但是若受影響區(qū)域開始運(yùn)轉(zhuǎn)，那么故障即刻體現(xiàn)。經(jīng)現(xiàn)場可編程門陣列讀寫端口能夠?qū)π酒呐渲们闆r予以同步讀取，同時將相關(guān)數(shù)據(jù)與己知的參數(shù)予以比對，進(jìn)而可以有效測檢有無出現(xiàn)單粒子翻轉(zhuǎn)，通過此方法明確翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。

對于隨機(jī)存取存儲器與分布式隨機(jī)存取存儲器的測試，盡可能依附于芯片的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨機(jī)存取存儲器資源具有較高的存儲容量，其測試相對便捷，能夠做成單口隨機(jī)存取存儲器，在未測試時，寫入固定的參數(shù)，在測試過程中持續(xù)讀出數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上予以比較。因?yàn)橘愳`思現(xiàn)場可編程門陣列的隨機(jī)存取存儲器具有一定的獨(dú)立性，舉例說明XCV300現(xiàn)場可編程門陣列單個隨機(jī)存取存儲器的大小為512 x 8二進(jìn)位制信息單位。因此在設(shè)計(jì)存儲器的過程中，位寬盡可能設(shè)計(jì)成八的整數(shù)倍，而長度盡可能設(shè)計(jì)成512的整數(shù)倍，這樣通過塊隨機(jī)存取存儲器所設(shè)計(jì)的存儲器具有超高的利用率。

除上述測試模式外，試驗(yàn)環(huán)節(jié)還有相匹配的偏置條件、heavy ion及Proton acceleration選擇、測試參數(shù)的評定及后期處理、測試環(huán)節(jié)的監(jiān)控與參數(shù)錄入。若在重離子加速設(shè)備上予以輻射試驗(yàn)，針對陶瓷及金屬封裝的被測試器件，經(jīng)機(jī)械措施開蓋，經(jīng)化學(xué)腐蝕法對芯片外層的保護(hù)層予以全面處理；而個別塑料封裝的被測試器件，經(jīng)化學(xué)腐蝕法予以開蓋處理，在此基礎(chǔ)上去除芯片外層的保護(hù)，進(jìn)而確保heavy ion可以透射至器件靈敏范圍，進(jìn)而出現(xiàn)單粒子效應(yīng)。反之，因?yàn)閔eavy ion加速設(shè)備內(nèi)的重離子不能達(dá)到觸發(fā)敏感區(qū)域生成單粒子翻轉(zhuǎn)的能量，通過heavy ion與高能質(zhì)子單粒子效應(yīng)存在異化問題。通常經(jīng)heavy ion單粒子翻轉(zhuǎn)截面去評估質(zhì)子單粒子翻轉(zhuǎn)截面。

3 總結(jié)

綜上所述，此次研究依附于靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的賽靈思現(xiàn)場可編程門陣列資源提出了單粒子測試方法，對現(xiàn)場可編程門陣列試驗(yàn)后，要明確其翻轉(zhuǎn)截面，一些試驗(yàn)通常忽略了現(xiàn)場可編程門陣列資源的使用狀態(tài)，很多產(chǎn)品中使用的現(xiàn)場可編程門陣列設(shè)計(jì)，其資源使用率無法達(dá)到百分之百，平均不超過百分之八十。因此在設(shè)計(jì)完現(xiàn)場可編程門陣列后，需統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場可編程門陣列的資源使用狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果需匹配于資源使用狀態(tài)予以計(jì)算。對于隨機(jī)存取存儲器與分布式隨機(jī)存取存儲器的測試，盡可能依附于芯片的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨機(jī)存取存儲器資源具有較高的存儲容量，其測試相對便捷，能夠做成單口隨機(jī)存取存儲器，在未測試時，寫入固定的參數(shù)，在測試過程中持續(xù)讀出數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上予以比較。

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作者簡介

張建寧（1992-），男，河南省內(nèi)黃縣人。大學(xué)本科學(xué)歷。助理工程師。主要研究方向?yàn)殡娮友b配、電子測試、信號采集。

作者單位

凱邁（洛陽）測控有限公司 河南省洛陽市 471009