Zynq配置存储器单粒子翻转检测与修复技术研究

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1、硕士学位论文Zynq配置存储器单粒子翻转检测与修复技术研究RESEARCHONSINGLEEVENTUPSETDETECTIONANDREPAIRTECHNOLOGYOFCONFIGURATIONMEMORYOFZYNQ厉明坤哈尔滨工业大学2017年6月国内图书分类号：TN407学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文Zynq配置存储器单粒子翻转检测与修复技术研究硕士研究生：厉明坤导师：彭宇教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2017年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex

2、：TN407U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSINGLEEVENTUPSETDETECTIONANDREPAIRTECHNOLOGYOFCONFIGURATIONMEMORYOFZYNQCandidate:LiMingkunSupervisor:Prof.PengYuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:InstrumentandMeterEngineeringAffiliation:SchoolofEle

3、ctricalEngineeringandAutomationDateofDefense:June,2017Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要XilinxZynq-7000系列全可编程SoC可提供与ASIC和ASSP相近的性能与功耗，并且具备FPGA的灵活性和可扩展性，适于小卫星、微小卫星以及皮纳卫星高性能、低成本的应用需求。与SRAMFPGA类似，非宇航级器件Zynq-7000的PL部分易受到空间辐射的影响发生单粒子翻转（SingleEventUpset，S

4、EU），其中配置存储器的SEU可能直接改变电路的逻辑功能，若不采取修复措施，SEU将对电路功能造成永久的影响。为提高Zynq-7000在空间辐射环境下工作的可靠性，推动非宇航级器件在小卫星中的应用，本课题从SEU检测技术与SEU修复技术两个方面展开研究。首先，在分析Zynq-7000PL配置存储器寻址方式与配置实现细节的基础上，开展基于回读比对的SEU检测技术研究。针对基于全局回读比对的SEU检测方法存在的检测周期长、检测效率低等问题，提出基于选择性回读比对的SEU检测方法，实现对配置存储器基本位与基本帧的筛选，进而实现针对基本帧的选择性回读功能，并通过与原配置文件比对的

5、方式实现基于选择性回读比对的SEU检测功能。其次，在基于回读比对的SEU检测技术研究的基础上，开展基于动态刷新的SEU修复技术研究。针对基于模块刷新的SEU修复技术的修复不全面与基于回读刷新的SEU修复技术的修复速度慢等问题，提出基于模块刷新与回读刷新相结合的SEU修复方法，实现对指定模块或配置帧的模块级刷新或配置帧级刷新，并通过结合SEU检测功能，实现基于模块刷新与回读刷新相结合的SEU修复功能。最后，以FFT等典型电路为例，通过逐位翻转的故障注入方式分别验证所提出SEU检测方法与SEU修复方法的有效性，并分别通过平均检测时间与平均修复时间对其进行评估。通过与基于全局回

6、读比对的检测方法对比，所提出的SEU检测方法能够大幅度缩短平均检测时间。通过与两种基于回读刷新的SEU修复方法对比，所提出的SEU修复方法能够大幅度缩短平均修复时间。关键词：Zynq；单粒子翻转；回读比对；动态刷新；故障注入-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractXilinxZynq-7000AllProgarmmableSoCprovidesperformanceandpowerofASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)andASSP(ApplicationSpecificStandardPart),andfle

7、xibilityandscalabilityofFPGA,whichissuitableforthehighperformanceandlowcostapplicationofsmallsatellites,microsatellitesandpinasatellites.SimilartoSRAMFPGA,theSRAMmemorycellsofPLofZynq-7000aresusceptibletospaceradiation,andpronetoSEU(SingleEventUpset).TheSEUinconfigu