基于FPGA内置RAM的抗辐射有限状态机设计

《基于FPGA内置RAM的抗辐射有限状态机设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第31卷2010薤第5期5月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31NO．5Mav2010文章编号：1000一6893(2010)05—0989—07基于FPGA内置RAM的抗辐射有限状态机设计孙兆伟，刘源，徐国栋，孙蕊(哈尔滨工业大学卫星技术研究所，黑龙江哈尔滨150080)DesignofFinite-state-machineforSpaceApplicationBasedonFPGAInnerRAMSunZhaowei，LiuYuan，XuGuodong，SunRui(ResearchCenterofSatelliteTechno

2、logy，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150080，China)摘要：在现代卫星设计中广泛使用的可重构现场可编程门阵列(FPGA)，在空间高能粒子的影响下很容易产生单粒子翻转(SEU)，从而功能紊乱甚至失效。在面向航天应用的FPGA设计中，必须采用容错设计技术来弥补器件本身抗辐射能力的不足。本文首先分析了有限状态机(FSM)的内部结构，并指出由于自身电路结构的特点，传统的FPGA容错设计方法应用于FSM时有一定的局限性。然后，针对基于FPGA的FSM容错设计技术进行了研究，根据现代FPGA的结构特点，提出了一种基于FPGA内置双端口随机存取存储器(

3、RAM)、具有周期校验功能的FSM设计方案。经过可靠性分析和实验可以看出，与采用传统容错设计方法的FSM相比，采用本文方案构建的FSM在太空辐射环境下具有更高的长期可靠性、更小的FPGA资源占用量和更低的功耗。关键词：现场可编程门阵列；随机存取存储器；有限状态机；单粒子效应；可靠性中图分类号：V423．4；TP399文献标识码：AAbstract：Fieldprogrammablegatearrays(FPGAs)，whicharewidelyusedinmodernsatellites，aresensitivetOspaceradiation．Thesingleeventupset(S

4、EU)causedbyhigh——energyspaceparticlescandisturbtherune。-tionofthereconfigurableFPGA，andevenleadtOdesignfailure．Hence，FPGAfaulttolerantdesigntechnolo—gYmustbedevelopedtOmakeupfortheinsufficiencyinradiationresistanceofitscomponents．Thisarticlefirstanalyzesthestructureofafinitestatemachine(FSM)，whic

5、hservestOrevealthedrawbacksoftraditionalfaulttolerantdesigntechnologyforFSM．Then，thearticlepresentsanewtypeofperiodicitycheckoutFSMbasedontheinnerdualportrandomaccessmemory(RAM)ofFPGA．Finally，areliabilityanalysisisper—formedandanexperimentmadeoftheproposedFSM．Theresultsshowthat，comparedwiththetra

6、ditionalFSM，theFSMwedesignedhashigherlongtermreliability。smallerFPGAresourcerequirementandlowerpowerconsumptioninanouterspaceradiativeenvironment．Keywords：fieldprogrammablegatearrays；randomaccessmemory；finitestatemachine；singleeventeffect；reliability现代卫星为了降低开发成本和缩短开发周期，大量采用基于静态随机存取存储器(SRAM)的可重构现场

7、可编程门阵列(FPGA)。但作为一种可编程器件，FPGA对空间辐射缺乏足够的抵抗能力。即使美国Xilinx公司的辐射加固XQV300型FPGA在近地轨道上平均每天也会发生2．05次单粒子翻转[1]。而小卫星因为体积和成本的限制，大量采用商用现货(COTS)器件，这些未经辐射加固的FPGA对太空辐射更加敏感[2]。为了弥补器件本身抗辐射能力的不足，很多机构对FPGA的容错设计方法进行了收稿日期：2009—04—22；修订日期：2009