FPGA抗单粒子容错的方法
目前主流的FPGA抗单粒子容错设计方法主要包括冗余法和配置刷新法两类,其中冗余法又分为硬件冗余法、时间冗余法和信息余法3种;配置刷新法又包括外部刷新和内部刷新两种。
1.冗余法
硬件冗余法是最常用的余容错方法通过对硬件设计进行多次备份的方式实现。根据容错系统的工作方式,硬件冗余可分为热备份和冷备份硬件冗余。热备份硬件冗余主、备模块同时运行,主要通过表决器掩蔽故障的方法实现容错,故障中断时间短、但硬件消耗和系统功耗大;冷备份硬件冗余只有主模块运行,备份模块在主故障后才会启用,系统功耗较小但故障中断时间长。两种都是根据多个相同模块同时出现故障概率较低的原理保证电路安全可靠运行。常用的硬件冗余有双备份比较和三模冗余。
时间冗余法是通过对系统功能进行重复计算的方式实现,通过比较多次重复计算的结果是否一致判断系统是否故障,多用于系统故障的检测。
信息冗余法常用于存储模块和数据传输模块的冗余容错方法,通过对数据编解码的方式实现错误数据位的检测和纠正,以检错纠错码技术应用最为广泛。
2.配置刷新法
配置刷新法是指系统配置完成后,根据预定的时间设置或故障检测信号,对FPCA配置控制存储器中的配置数据进行重写,从而消除单粒子翻转导致的错误积累。
外部刷新主要有全局复位刷新、周期刷新和外部回读刷新3种实现方法。内部刷新主要包括内部回读刷新和动态部分重构刷新两种实现方法。