深亞微米FPGA互連抗軟錯(cuò)誤方法研究.pdf

1、目錄目錄目錄...................................……，.................................................……，……，................……1摘要....................................................................................................

2、.....................……3Abstraet第1章1.1.1.21.31.41.5第2章2.12.22.3第3章3.13.23.33.43.5第4章....................................................................................................................……4引言...............

3、....……，.............................................................................……6FPGA硬件結(jié)構(gòu)介紹……，.....................................................................……61.1.1.FPGA結(jié)構(gòu)與現(xiàn)狀.................................

4、....................................……61.1.2.主流FPGA廠商介紹......................................................……‘二，.……8FPGA開發(fā)環(huán)境.....................................................……，........................……9單粒子翻轉(zhuǎn)對(duì)FPGA的

5、影響.............................................................……n工作重點(diǎn)..............................................................................................……13論文組織................................................

6、.............................................……14單粒子翻轉(zhuǎn)及抗軟錯(cuò)誤綜述............……，...........................................……巧單粒子翻轉(zhuǎn)和軟錯(cuò)誤簡(jiǎn)介...........................……，................................……15集成電路抗軟錯(cuò)誤研究現(xiàn)狀及分析......

7、............................................……162.2.1.IC抗軟錯(cuò)誤措施綜述..............................................................……162.2，2.FPGA抗軟錯(cuò)誤進(jìn)展................................................................……18本章小結(jié)..

8、........................................................................……，.............……22抗軟錯(cuò)誤SRAM單元設(shè)計(jì)................................................................……23抗軟錯(cuò)誤SRAM單元研究現(xiàn)狀....................……、，、，……、，、、.、

9、二、.、，，、，…、.、23SRAM單元翻轉(zhuǎn)機(jī)理..........……，........................................................……24STSRAM單元結(jié)構(gòu)..…，......................................................................……26抗軟錯(cuò)誤仿真及評(píng)估..........................

10、............................……，.............……293.4.1.關(guān)鍵電荷......................................……，........................……，.......……293.4.2.單粒子入射電路模擬...............................................................……293

11、.4.3.仿真條件................................................................................……，二313.4.4.仿真結(jié)果.........................................................……，...................……31本章小結(jié)............……，.............

12、....................……，...................................……34抗軟錯(cuò)誤布線算法研究............................……，...................................……35基本搜索算法介紹..…卜..................................................................

13、......……35布線資源圖....……，...........................................................................……，二37基于布通率驅(qū)動(dòng)的FPGA布線算法.................................................……39‘l勺白，J444摘要摘要FPGA具有出色的現(xiàn)場(chǎng)可編程和通用靈活性，因此被廣泛用于國(guó)防裝備、民用

14、通信、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域。然而，隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，節(jié)點(diǎn)電容和電源電壓的減小加劇了軟錯(cuò)誤對(duì)FPGA的影響。高能帶電粒子入射SRAM單元敏感節(jié)點(diǎn)發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)會(huì)引起基于SRAM的FPGA的存儲(chǔ)單元配置信息變化，進(jìn)而導(dǎo)致用戶電路軟錯(cuò)誤。由于基于SRAM的FPGA中大部分的配置位用于控制芯片的互連資源結(jié)構(gòu)，如果不使用減緩單粒子翻轉(zhuǎn)的措施，則FPGA互連資源容易發(fā)生軟錯(cuò)誤。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，單粒子翻轉(zhuǎn)引發(fā)的互連資源軟錯(cuò)誤次數(shù)約占

15、單粒子翻轉(zhuǎn)引起FPGA軟錯(cuò)誤總次數(shù)的80%。FPGA開發(fā)包含了硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及配套的開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)兩部分。本文分別從SRAM的單元結(jié)構(gòu)和開發(fā)環(huán)境CAD流程中的布線模塊出發(fā)尋求提升基于SRAM的FPGA芯片中互連資源的抗軟錯(cuò)誤方法。在基于SRAM的FPGA內(nèi)，SRAM單元存放著FPGA的配置數(shù)據(jù)，因此增強(qiáng)SRAM的抗軟錯(cuò)誤性能是提升FPGA可靠性的最有效方式之一。本文提出了一種具有良好抗軟錯(cuò)誤性能的SRAM單元結(jié)構(gòu)—STSRAM，并采用工業(yè)

16、級(jí)“nmCMOS工藝庫(kù)對(duì)6TSRAM、ASRAMO以及STSRAM單元的讀寫速度、漏電功耗以及抗軟錯(cuò)誤性能進(jìn)行了SPICE仿真。仿真結(jié)果表明STSRAM結(jié)構(gòu)抗軟錯(cuò)誤性能比傳統(tǒng)的6TSRAM以及ASRAMO更好，其軟錯(cuò)誤率比6下SRAM結(jié)構(gòu)減少了44.20%。同時(shí)，本文對(duì)FPGA開發(fā)系統(tǒng)CAD流程的布線模塊進(jìn)行研究，并對(duì)單粒子翻轉(zhuǎn)引起的FPGA互連錯(cuò)誤類型展開分析。在此基礎(chǔ)上，本文在經(jīng)典的VPR布通率驅(qū)動(dòng)布線算法的基礎(chǔ)上提出了抗軟錯(cuò)誤布線