民用飞机单粒子翻转问题研究

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1、民用飞机单粒子翻转问题研究唐志帅王延刚刘兴华上海飞机设计研宄院单粒了•翻转（SingleEventUpset,SEU）效皮是机载复杂电了•硬件设计所必须考虑的重要问题，对SEU效应进行了描述，分析了复杂电子设备经常用到的芯片类型（专用集成电路器件、反熔丝FPGA、SRAM型FPGA、Flash型FPGA）及其优缺点，总结了三模冗余、纠错码、擦洗、系统监控这四种常见的SEU减缓技术，对于国内民机机载复杂电子硬件的设计具有参考意义。关键词：单粒子翻转;专用集成电路器件;现场可编程门阵列;三模冗余;复杂电子硬件；唐志帅（1987-），男，河南新郑人，，工程师，研宂方向为民机'控系统设计与安全性分

2、析等。王延刚（1980-）,男，河北邯郸人，，工程师，研究方向为民机飞控系统设计与验证等。刘兴华（1981-）,男，山东莒南人，，高级工程师，研究方向为民机飞控系统设计、分析与验证等。StudyontheSingleEventUpsetforCivilAircraftTangZhishuaiWangYangangLiuXinghuaShanghaiAircraftDesignandResearchInstitute;Abstract：SingleEventUpset(SEU)effectisanimportantissuewhichhastobeconsideredinthedesigno

3、fairbornecomplexelectrichardware.ThispaperdescribesSEVeffect,analyzestypesofchipscommonlyusedinthecomplexelectricequipment(ASIC,anti-fuseFPGA,SRAM-basedFPGAandFlash-basedFPGA)aswellastheiradvantagesanddisadvantages,andsummariesfourcommonSEUmitigationtechnologies,namelytriple-moduleredundancy,error

4、correctioncode,scrubbingandsystemmonitoring,thusprovidingreferencesforthedesignofairbornecomplexelectrichardwarefordomesticcivilaircraft.Keyword：singleeventupset(SEU);application-specific:integratedcircuit(ASIC);field-programmablegatearray(FPGA):triple-moduleredundancy;complexelectrichardware;0引言单

5、粒子翻转（SingleEventUpset,SEU）是由于空间粒子福射而导致存储单元发生位翻转（即内容由0变为1，或由1变为0）。SEU效应是瞬态的、非破坏性的，但是它可能会改变微电子电路的RAM（RandomAccessMemory,随机访问存储器）构型、对可编程电子硬件所执行的功能产生不利影响［1］。现代民机飞控、航电等系统高度复杂，其大量釆用了基于RAM的复杂电子硬件，例如微处理器，存储器，FPGA（FieldProgrammableGateArray,现场可编程门阵列）等。这些设备屮包含SEU敏感部件，一旦受到SEU效应影响，则可能导致计算结果错误、程序执行序列错误，工作异常，甚至

6、是系统的崩溃。因此为保证他们所执行功能的可用性和完整性，应考虑引入特殊设计特征或执行额外的检查，并对SEU效应的安全性影响进行分析。1航空应用中的芯片选择目前在民机机载设备的研制过程中，得到了广泛应用的芯片主要包括专用集成电路器件（ApplicationSpecificIntegratedCircuit,ASIC）和FPGA。ASIC芯片能够实现高密度、小体积和低功耗，但ASIC制片成木和风险较高，欠缺灵活性。ASTC—旦制造完成，如果需求发生更改则需要较长更改周期和巨额重制费用，因此ASIC适用于不需要过多特殊定制、能够大规模量产应用的场合,且要求设计需求“一次正确”。AS1C虽然对SE

7、U敏感，但相对来说具有较好的抗SEU性能。随着电子工业的飞速发展，FPGA由于兼顾高性能及灵活性在数字系统设计及八STC原型前端设计中得到广泛的应用。FP-GA的主流技术有基于反熔丝、基于SRAM（StaticRandomAccessMemory,静态随机访问存储器）和基于Flash三种。(1)基于反熔丝的FPGA在编程后即使掉电也不丢失数据，使用较方便，稳定可靠，有比较好的抗SEU性能。但传统的反熔丝FPGA由于不可重