题目：面向底层资源的FPGA单粒子效应故障注入技术研究

基于SRAM型结构的FPGA（SRAM-based FPGA）以其低成本、高性能和可在轨修正等特有优势在空间领域得到广泛应用，但其易受到单粒子效应影响，造成功能出错。因此，在应用于空间环境之前，必须对FPGA进行辐射加固，并对加固后的设计进行可靠性测试。目前国内外主要采用辐射试验的方法来模拟空间单粒子效应，然而这种方法成本高，危险性大，且主要用于测试FPGA器件本身的静态可靠性参数，无法对防护技术进行测试。近年来，国内外开始研究故障注入的方法，通过人为对FPGA中存储单元的内容修改来模拟单粒子效应。尤其是利用FPGA可重配置的特性，使得基于重配置的故障注入技术成为FPGA单粒子效应可靠性测试的理想方法。国外采用此方法已对FPGA的多种防护技术进行了有效测试。然而目前单纯采用比特流重配置的方法无法对布线资源进行有效的定位故障注入，而布线资源的单粒子翻转概率为FPGA各资源的首位。本课题以FPGA的空间应用为背景，以实现FPGA各资源单粒子效应可靠性测试为目标，进行面向底层资源的故障注入技术研究。课题以Xilinx公司Virtex-II系列器件为研究对象，分析FPGA各功能模块的单粒子效应故障模式，研究实现面向底层资源故障注入的两个关键技术：一是通过实现FPGA设计电路的拓扑结构，建立底层资源库，并实现对各资源的映射分析；二是结合单粒子效应故障模式，采用基于XDL的技术，实现对各资源的故障注入，并对布线资源进行重点分析。故障注入方法主要研究了定位、随机故障注入方法，其中定位故障利用底层资源库解决了布线资源的精确注入，为研究故障传播与关键路径奠定了基础；随机故障注入可以更真实的模拟空间辐射环境，对设计电路进行系统级地测试并获得各可靠性参数。面向底层资源故障注入的方法，通过深度优先算法实现了电路的拓扑结构，为进一步分析故障传播特性和关键路径提供了可能；在此基础上建立底层资源库，采用基于XDL的方法完成了资源映射，从而利用SRAM型FPGA的重配置特性实现了定位故障注入，并对布线资源故障模式进行了重点分析；随机故障注入则通过模拟辐射试验的翻转数据，更真实的模拟实际辐射时的翻转情况。