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《成都理工大学》 2015年
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SRAM存储器抗单粒子效应自纠正技术研究

林涛  
【摘要】:随着社会与科技的发展,太空是继海、陆、空之后的又一个兵家必争之地。各发达国家不余遗力地发展航天和卫星技术。从民用角度来说,航天和卫星技术为通信、环境预警、导航等诸多国家基础建设提供了技术支持;从军事角度来说,航天和卫星技术可实现侦察、通信、导航、预警、导弹拦截等国防信息化建设。因此,航天技术的发展与研究有着重大意义,其也是一个大国的综合实力的象征。SRAM存储器作为重要的数据存储设备,其在太空环境中的安全可靠性直接关系到卫星功能能否实现、回传数据是否正确,甚至可能对研究分析人员所得出的结论产生影响。因此,对SRAM存储器的在辐照环境下可靠性研究有着重要的实际意义。本文主要针对SRAM存储器在太空辐照环境下产生的单粒子翻转错误及其解决方案进行了研究。首先,文章分析了单粒子效应产生的物理机制及单粒子错误的分类,并简述SRAM存储器的工作原理、运用场景;其次,文章提出了针对SRAM存储器抗单粒子效应的自纠正技术解决方案,并详细阐述了解决方案的设计思路、工作原理及其内部结构、功能的实现;最后,根据解决方案设计了硬件测试电路及其配套的测试软件代码,包括硬件测试电路的设计、配套测试软件的设计、及其测试流程的设计,并对测试系统进行了简要介绍。本文核心内容是针对SRAM存储器抗单粒子效应的自纠正技术解决方案的设计及实现。首先,基于单粒子效应及其对SRAM存储器的影响、SRAM存储器的工作原理及典型的运用场景,结合对目前国内外SRAM存储器抗单粒子加固技术的比较分析,文章提出了三个以三模冗余的技术为主体的SRAM存储器抗单粒子效应自纠正技术解决方案。其次,文章介绍了三个方案的设计思路、工作原理及工作时序。方案一TMRController_VDel与方案二TMRController_VClk工作原理与工作时序类似,这两个方案所设计的SRAM存储器抗单粒子效应自纠正控制器都是桥接在微处理器与普通SRAM存储器之间,将外部微处理器的一次读写操作转化成三次读写操作,并在读操作时进行纠错判断从而来完成SRAM存储器抗单粒子效应自纠正功能;方案三TriSRAM设计的是一个带有三模冗余自纠正功能SRAM存储器,可工作在TMR模式(三模冗余自纠正模式)与FullAddress模式(全地址模式)。再次,文章介绍了三个解决方案的内部结构、功能及实现。三个方案都在Xilinx Spartan3系列FPGA芯片进行原理验证,根据各个方案的内部结构按模块介绍了其功能及工作时序,并对方案的总体工作流程做了简要的分析。最后,本文简要介绍了三个解决方案的测试与验证,主要包括硬件测试系统的设计思路,硬件测试电路的设计及其配套软件的设计,并给出三个方案的测试流程及测试结果。经过仿真测试与硬件测试,验证了三个解决方案都满足设计需求,能够正确实现SRAM存储器出现单粒子效应错误时进行自纠正的功能,达到对SRAM存储器抗单粒子效应加固设计。本文提供针对SRAM存储器抗单粒子效应错误的三种切实可行解决方案,可在一定程度范围内提高SRAM存储器的可靠性,在航天工程中有着实际意义。
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP333

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