题目：空间用SRAM型FPGA抗单粒子效应技术研究

随着民用航天技术的发展，对低成本的需求不断提高，采用经过加固的标准商用器件替代价格昂贵的抗辐射加固高等级器件已成为未来空间应用电子学系统的发展趋势。SRAM型FPGA以其功能配置的多样性、可重构性，成为航天器电子系统首选器件。但是器件的集成度越高，单粒子效应的影响就越显著，因此在SRAM型FPGA空间应用的背景下必须对其单粒子效应进行防护设计。为了提高SRAM型FPGA抗单粒子效应的能力，本论文以底层逻辑资源单粒子翻转故障模式及其逻辑特性研究为出发点，研究了基于电路单粒子效应敏感性分析的选择性冗余方法，并通过对器件单粒子功能中断死锁故障判定依据的研究实现了系统级的防护。

论文以器件级功能电路抗单粒子效应技术研究为主，系统级防护技术研究为辅，完成了空间用SRAM型FPGA抗单粒子效应技术的研究。主要开展了以下研究：

一、器件单粒子效应故障模式、逻辑特性及节点可靠度模型。研究了各类SRAM型FPGA底层资源的特点及其在配置位流中对应配置位的定位方法。在此基础上，针对各类底层资源的故障定位注入方法进行了研究。采用故障定位注入方法对器件的主要底层资源LUTs、PIPs、MUXs、FFs、BRAM等的单粒子翻转故障模式、逻辑特性进行了研究，得到了各类底层资源发生单粒子效应后输出信号的逻辑特性。基于底层资源对SRAM型FPGA设计电路进行了节点划分，研究了功能电路拓扑结构的提取方法。分析了节点的可靠度属性，研究了各类节点的信号概率转移矩阵、信号概率矩阵的计算方法，建立了各类底层资源的可靠性模型。

二、功能电路节点单粒子效应敏感性分析方法。基于信号概率理论，提出了SRAM型FPGA组合逻辑电路节点单粒子效应敏感性分析方法，并采用输入拆解方法解决了电路扇出汇聚问题。分析了时序逻辑电路与组合逻辑电路的不同，在组合逻辑电路节点软错误敏感性分析方法的基础上研究了时序逻辑电路的分析方法。采用循环逼近的方法解决了时序逻辑电路中存在反馈回路的问题，从节点与节点间关系出发研究了时序逻辑电路任意节点故障时对系统电路的影响，提出了适用于时序逻辑电路的节点软错误敏感性分析方法。

三、选择性冗余防护技术，及与其配套的系统级防护技术。研究了子电路冗余优先级，提出了一套基于子电路冗余优先级的冗余防护方法。采用节点软错误敏感性分析方法进行了定量研究。研究发现电路中存在刷新不可修复节点，需要优先冗余。进一步分级发现针对节点相应系统可靠度R(Ji)越小的节点进行防护，越能够提高系统的可靠度。通过理论分析与实验分析相结合的方法，提出了基于SRAM型FPGA的数字信号处理系统单粒子功能中断故障判定依据，并结合某星载四轴光纤陀螺进行了试验验证与实际应用。

四、防护技术试验验证。研究了基于故障注入的单粒子效应模拟方法，提出了逐位翻转故障注入测试系统，并通过重离子辐射试验进行了故障注入系统有效性的验证。利用本论文提出的故障注入系统对研究中提出的SRAM型FPGA抗单粒子效应防护技术的有效性进行了试验验证。