基于FPGA的微控制器芯核軟錯(cuò)誤敏感性評(píng)估方法研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的持續(xù)改善，使得芯片的集成度、工作頻率、功耗等指標(biāo)參數(shù)不斷提高。但是特征尺寸的縮小也使得電路翻轉(zhuǎn)所需的臨界電荷降低，導(dǎo)致微控制器對(duì)內(nèi)部和外部環(huán)境變得更加敏感。另一方面，隨著微控制器廣泛應(yīng)用在航空航天等特殊應(yīng)用領(lǐng)域的苛刻任務(wù)中，要求微控制器需具有更高的可靠性。在太空環(huán)境中，微控制器很容易受到單粒子效應(yīng)的影響，使微控制器中的邏輯單元發(fā)生翻轉(zhuǎn)而產(chǎn)生故障，嚴(yán)重影響微控制器的可靠性。故障注入作為一種靈活方便、便宜有效的方法廣泛應(yīng)

2、用于可靠性評(píng)估領(lǐng)域。在故障注入的實(shí)現(xiàn)中，常用的有基于物理的、仿真的或者FPGA的故障注入方法。為了自動(dòng)快速地分析微控制器對(duì)軟錯(cuò)誤的敏感性，該論文對(duì)基于FPGA的微控制器芯核軟錯(cuò)誤敏感性評(píng)估方法進(jìn)行了研究。
　　首先，對(duì)微控制器故障注入方法的研究現(xiàn)狀、FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)、以及開發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。其次，利用Verilog HDL對(duì)PIC16F54微控制器芯核進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括取指、譯碼、ALU、寄存器組、堆棧以及ROM，并在FPGA開發(fā)

3、板上進(jìn)行驗(yàn)證。然后，利用該微控制器芯核作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，提出一種基于FPGA故障注入的微控制器敏感性評(píng)估方法。在FPGA芯片上同時(shí)運(yùn)行有故障和無(wú)故障的兩個(gè)微控制器，并充分利用FPGA的并行性，把故障注入控制、故障分類、故障列表等模塊均在硬件上實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)地完成全部存儲(chǔ)位的故障注入，并且能夠快速的對(duì)故障注入結(jié)果進(jìn)行分析。最后，注入大約30萬(wàn)個(gè)軟錯(cuò)誤，把敏感性結(jié)果與其他的方法相比較，驗(yàn)證本文方法的正確性。另有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，使用該方法進(jìn)行故障注入及