一种基于位置约束的卫星载荷BRAM抗辐照设计方法技术

本发明专利技术提出一种基于位置约束的卫星载荷BRAM抗辐照设计方法，该方法通过增加BRAM位置约束脚本，控制EDA软件将BRAM布局在指定的位置上，并采用增加区域约束的方法，避免任意两个关键功能模块分布在同一布线区域。本发明专利技术从根本上降低BRAM由于单粒子翻转导致关键功能模块的三模冗余设计中多个功能模块同时出错的概率，提高了卫星载荷在太空辐照环境下工作的可靠性，为更加全面地完善星载FPGA抗辐照加固设计提供参考和借鉴。固设计提供参考和借鉴。固设计提供参考和借鉴。

【技术实现步骤摘要】
一种基于位置约束的卫星载荷BRAM抗辐照设计方法


[0001]本专利技术属FPGA可靠性
，涉及一种基于位置约束的卫星载荷BRAM抗辐照设计方法。

技术介绍

[0002]SRAM型FPGA运行速度快，设计灵活，相比于传统宇航级器件具有很大的优势，但是其在空间辐照环境下非常容易发生单粒子效应，空间单粒子效应是阻碍SRAM型FPGA在空间任务得到更广泛应用的瓶颈，对其进行防护加固设计非常有必要。特别是其中的BRAM存储器，由于其存储的数据一直处于动态应用中，难以通过传统的刷新操作消除空间单粒子翻转（SEU）的积累，是目前造成SRAM型FPGA空间单粒子事件的主要原因之一。
[0003]FPGA单个配置位的翻转可能导致关键功能模块的冗余设计中多个功能模块同时错误，进而造成关键逻辑的全部失效。传统的抗单粒子效应加固设计方法，如三模冗余（TMR）、错误检测和纠正编码（EDAC）技术、回读刷新等的加固设计方法并不能从根本上解决该问题，仍需进一步研究提高传统设计抗单粒子翻转能力的策略，用以改善FPGA布线资源对单粒子效应故障的容错能力，从而确保电子器件中关键功能模块在太空辐照环境下可靠运行。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于位置约束的卫星载荷BRAM抗辐照设计方法，包括如下步骤：步骤1，使用EDA软件执行星载FPGA设计的综合布局和对所述综合布局布线；步骤2，针对使用EDA软件布局布线后的资源情况执行布局位置结果，静态时序结果及关键BRAM的布局布线结果分析，确定三模冗余后BRAM的布局位置；步骤3，根据步骤2的分析结论，确认三模冗余后所述关键BRAM和关键外围SLICE的位置是否满足预定要求，如果不满足预定要求，则修改EDA软件布局布线的约束条件，执行步骤4；如果满足预定要求，执行步骤5；步骤4，重复步骤1
‑
3，再次执行星载FPGA设计的综合及布局布线和分析步骤；步骤5，分析增加位置约束后的布局布线结果及静态时序的结果，如果分析结果满足预定要求，则跳转到步骤7，如果没有达到预定要求，执行步骤6；步骤6，调整约束文件中的BRAM及外围关键SLCIE的位置约束，改变布图约束条件，返回执行步骤4；步骤7，布局迭代结束，输出布局布线结果。
[0005]进一步的，步骤1中使用EDA软件自动执行星载FPGA设计之前，对EDA软件布局布线功能设置约束条件，所述约束条件包括：功能模块间的几何布线间隔，关键功能模块须分布在不同的布线区域。
[0006]进一步的，步骤3包括子步骤：检查三模冗余后所述关键BRAM和关键外围SLICE的所在位置，确认所述三模冗余的关键BRAM是否位于不同的行或不同列；确认所述三模冗余的所述关键外围SLICE是否位于不同的行或不同列；步骤3.2，如果所述关键BRAM或关键外围SLICE的位置不满足条件：所述关键BRAM的位置位于不同的行或不同列；和，关键外围SLICE的位置位于不同的行或不同列；则在EDA软件布局布线功能约束文件中增加关键BRAM及关键外围SLICE的位置约束限制。
[0007]进一步的，所述位置约束限制包括：增加同一BRAM或SLICE的三模之间的几何距离。
[0008]进一步的，步骤5包括子步骤：步骤5.1，如果分析结果满足三模冗余后BRAM及关键SLICE位于不同行、不同列，且静态时序分析结果满足时序要求，则执行步骤7；步骤5.2，如果EDA软件无法完成布局布线，或静态时序分析结果不满足时序要求，则执行步骤6。
[0009]进一步的，步骤6包括分别执行或者同时执行的子步骤：步骤6.1，减少关键BRAM或SLICE约束数量，步骤6.2，或减少三模间的布局几何距离。
[0010]进一步的，所述步骤4和步骤6均反复迭代运行多次，直到满足步骤5.1中的要求：所述分析结果满足三模冗余后BRAM及关键SLICE位于不同行或不同列，且静态时序分析结果满足时序要求。
[0011]采用本专利技术的方法，首先通过在布局布线时增加BRAM位置约束脚本，控制EDA软件将BRAM布局在指定的位置上，实现将BRAM三模冗余后各冗余模块的布线区域从几何上分割开，避免任意两个BRAM共用一个互联矩阵和可编程互连线相邻的情况，从根本上降低单粒子翻转引起多模设计同时出现功能异常的概率，提高了卫星载荷在太空辐照环境下工作的可靠性，具有良好的可行性和推广价值。
附图说明
[0012]图1为本专利技术提供的BRAM布线资源发生单粒子翻转示意图；图2为本专利技术提供的BRAM布局改进示意图；图3为本专利技术提供的基于区域约束的布线策略示意图。
[0013]图4是本专利技术提供的基于位置约束的卫星载荷BRAM抗辐照设计方法实施步骤图。
具体实施方式
[0014]本专利技术的目的是提供一种基于位置约束的卫星载荷BRAM抗辐照设计方法，通过位置约束来固定BRAM三模冗余后3块BRAM的位置，大幅降低用于数据存储和参数存储的BRAM由于FPGA布局布线导致配置存储器单粒子翻转造成的多个模块同时错误的概率，能够有效提升BRAM的抗辐照可靠性，进而更加全面地完善星载FPGA抗辐照加固设计，是一种可行的经济高效的方法。
[0015]该方法通过将BRAM三模冗余后各冗余模块的布局、布线区域从几何上分割开，避
免任意两个BRAM共用一个互联矩阵和可编程互连线相邻的情况，从根本上降低单粒子翻转引起多模设计同时出现功能异常的概率。
[0016]SRAM型FPGA采用特殊设计的开关矩阵以提升面积利用率和信号传输质量。BRAM资源也有对应的开关矩阵和BRAM互联配置资源，若上述资源发生单粒子翻转，如图1所示，左图是功能模块中开关矩阵的一种布线实现，其中开关矩阵A和B分属于两个功能模块，如果布线资源配置位发生了SEU，导致开关矩阵的配置状态出现故障（如右图虚线所示的连接），那么开关矩阵A和B均可能出现故障。如果A和B为TMR结构中的两个独立的重复模块，那么TMR结构中多数判决器将输出错误的结果，导致相应的模块功能出现故障，影响系统的稳定运行。造成上述问题的根本原因是两个BRAM位置分布超过了安全的几何布线间隔，使得单粒子翻转有可能影响相邻两块BRAM的功能同时异常。
[0017]在星载FPGA配置项实现过程中，用户一般不会对布局布线过程进行控制，BRAM三模后的电路布局由EDA软件自动配置，会造成三模后超过2块BRAM布局位于同行或者同列的情况，进而导致单粒子翻转造成三模后设计发生功能异常的概率大幅提升。
[0018]为解决上述技术问题，本专利技术首先通过增加BRAM位置约束脚本，控制EDA软件将BRAM布局在指定的位置上。本专利技术对应的BRAM位置约束示意图如图2所示，为了分析方便，这里对BRAM模块结构进行了简化，左图所展示的是原始的布局策略，可见三个重要模块之间几何布线间隔不够，存在共用一个开关矩阵的现象，且其可编程互连线也可能相邻，若布线资源配置位发生了SEU，大概率会导致多个模块出现故障。而在增加BRAM位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于位置约束的卫星载荷BRAM抗辐照设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，使用EDA软件执行星载FPGA设计的综合布局和对所述综合布局布线；步骤2，针对使用EDA软件布局布线后的资源情况执行布局位置结果，静态时序结果及关键BRAM的布局布线结果分析，确定三模冗余后BRAM的布局位置；步骤3，根据步骤2的分析结论，确认三模冗余后所述关键BRAM和关键外围SLICE的位置是否满足预定要求，如果不满足预定要求，则修改EDA软件布局布线的约束条件，执行步骤4；如果满足预定要求，执行步骤5；步骤4，重复步骤1
‑
3，再次执行星载FPGA设计的综合及布局布线和分析步骤；步骤5，分析增加位置约束后的布局布线结果及静态时序的结果，如果分析结果满足预定要求，则跳转到步骤7，如果没有达到预定要求，执行步骤6；步骤6，调整中约束条件中BRAM和关键外围SLCIE的位置约束，改变布图约束条件，返回执行步骤4；步骤7，布局迭代结束，输出布局布线结果。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中使用EDA软件自动执行星载FPGA设计之前，对EDA软件布局布线功能设置约束条件，所述约束条件包括：功能模块间的几何布线间隔，关键功能模块须分布在不同的布线区域。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3包括子步骤：步骤3.1，检查三模冗余后所述关键BR...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏跃，毛二坤，刘旭辉，黄仰博，张书政，唐小妹，楼生强，李宏华，周亭，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：