利用FPGA新特性實現(xiàn)高可靠性汽車系統(tǒng)設計

SRAM軟錯誤損壞檢測(SED)

來自宇宙射線的中子和封裝材料中的帶電α粒子的輻射會造成軟錯誤，它會改變存儲單元的存儲內(nèi)容。這種現(xiàn)象首先成為DRAM中的一個問題，要求能對高可靠性應用中的大容量存儲系統(tǒng)進行錯誤檢測和糾錯。由于器件的尺寸不斷縮小，對某些系統(tǒng)而言，SRAM中的軟錯誤概率已相當大。

用于汽車應用的高性能FPGA將邏輯配置數(shù)據(jù)存儲在SRAM單元。由于FPGA中SRAM單元數(shù)量和密度的增加，軟錯誤改變系統(tǒng)可編程邏輯行為的概率也隨之增加。設計者已經(jīng)采取了各種辦法來解決該問題，其中大部分涉及用戶用于設計的知識產(chǎn)權(IP)核。雖然這種方法提供了一個解決方案，但它也占用了寶貴的可編程資源，并可能會影響性能。然而，這些缺陷是可以避免的。例如，LatticeXP2 FPGA內(nèi)有用硬件實現(xiàn)的軟錯誤檢測器，它不會影響系統(tǒng)性能或器件的熱耗散。

在這些非易失性FPGA中的SED硬件有一個訪問FPGA SRAM配置存儲器的接口，還有SED控制器電路和一個存儲當前位流CRC的32位寄存器(圖3)。SED功能需要使用幾個I/O引腳，要占用4個專用的輸入引腳和4個專用的輸出引腳。這些引腳用于使能和啟動SED檢測，還能指明SED的工作狀態(tài)。

圖3、LatticeXP2 FPGA具有SRAM軟錯誤監(jiān)測功能。

SED工作期間，控制電路從FPGA的SRAM配置存儲器讀取串行數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)，并計算CRC。然后，計算出的CRC與預期的存儲在32位寄存器中的CRC進行比較。如果這兩個CRC值不匹配，說明配置存儲器中有差錯，并設置一個外部信號為高電平，指明有差錯。對應出錯信號，用戶可以有幾種選擇：忽略這個差錯；使用外部處理器記錄這個差錯；或從原來的引導器件重新載入SRAM配置。

LatticeXP2 FPGA能夠滿足所有這些系統(tǒng)的要求。其片上閃存允許統(tǒng)一的系統(tǒng)測試，保證器件即使在最高溫度下連續(xù)工作，最少10年不會引起存儲內(nèi)容的丟失或產(chǎn)生系統(tǒng)故障。此外，雙引導功能和硬件實現(xiàn)的SED檢測功能對SRAM內(nèi)容損壞提供了安全保證，不會影響器件性能或用戶邏輯的運行。

應用上述四種配置保護技術的FPGA設計具有高度可靠的啟動和初始化功能，可以保護更新，阻止下載、刪除或修改初始化配置的企圖。此外，整合SED管理邏輯的設計還增加了保護措施，防止由帶電粒子導致的改變運行配置的情況。將啟動和SED保護進行整合的方法使汽車系統(tǒng)設計人員能夠構建完整可靠的FPGA設計，同時不必擔心配置被蓄意篡改或環(huán)境對器件造成的損壞。