數(shù)字信號處理器單粒子功能性瞬態(tài)故障預估方法研究

盛江坤， 許 鵬， 王茂成， 姚志斌， 羅尹虹， 楊 業(yè)， 劉臥龍， 趙銘彤， 王 迪， 王忠明

(1. 火箭軍工程大學， 西安 710025； 2. 強脈沖輻射環(huán)境模擬與效應國家重點實驗室， 西安 710024； 3. 西北核技術研究所， 西安 710024)

數(shù)字信號處理器(digital signal processor，DSP)是一種獨特的微處理器，是電子系統(tǒng)的核心器件之一，在雷達、通信及導航等方面有著廣泛應用，在航天領域也得到了廣泛關注[1-2]。在空間應用中，空間輻射環(huán)境會引起集成電路的單粒子效應。質子或重離子擊中集成電路靈敏區(qū)會造成集成電路邏輯狀態(tài)翻轉，進而引發(fā)集成電路功能中斷，甚至功能失效，嚴重影響航天器在軌可靠運行[3]。因此，DSP作為電子系統(tǒng)的核心，準確評估其抗單粒子性能，可為航天應用提供重要支撐。

集成電路的抗單粒子性能地面驗證方法通常有輻照實驗和硬件故障注入2種[4-9]。在不同應用場景下，DSP的配置程序和功能各不相同，地面驗證實驗存在實驗量大和成本高等問題；硬件故障注入則存在注入時機難以把握、測試周期長及系統(tǒng)復雜度增加等問題。針對當前地面驗證方法存在的問題，本文提出了DSP動態(tài)截面中功能性瞬態(tài)故障截面的預估計算方法，該方法可以在僅開展靜態(tài)偏置實驗的情況下，結合數(shù)據(jù)緩存流程，預估DSP功能性瞬態(tài)故障截面，從而降低實驗量和實驗成本。在西安200 MeV質子應用裝置(Xi’an 200 MeV Proton Application Facility，XiPAF)上開展了質子單粒子效應實驗，驗證了預估方法的有效性。

1 功能性瞬態(tài)故障截面

國內外對單粒子功能故障的研究主要關注DSP的各類本征截面，包括內部存儲區(qū)數(shù)據(jù)位翻轉截面和各組成電路模塊的功能故障截面，其中，功能故障是電路模塊內部寄存器翻轉等原因造成的，如功能執(zhí)行錯誤和功能中斷等[10-12]。……