基于SRAM型FPGA的多源自主重构方法

doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2022.04.04

系统工程与电子技术 ›› 2022, Vol. 44 ›› Issue (4): 1093-1102.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2022.04.04

基于SRAM型FPGA的多源自主重构方法

李璐芳^1,^2,³, 周双喜^1,^2,³, 黑花阁^1,^2,³, 喻琪超^1,², 林长青^1,², 孙胜利^1,^2,*

1. 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2. 中国科学院智能红外感知重点实验室, 上海 200083
3. 中国科学院大学, 北京 100049

收稿日期:2021-04-22 出版日期:2022-04-01 发布日期:2022-04-01
通讯作者: 孙胜利
作者简介:李璐芳(1988—), 女, 工程师, 博士研究生, 主要研究方向为红外光电信号实时获取与处理、空间遥感与光电系统信息处理可重构技术|周双喜(1980—), 男, 工程师, 博士研究生, 主要研究方向为大规模红外光电信号实时获取|黑花阁(1984—), 女, 工程师, 博士研究生, 主要研究方向为空间遥感与光电系统探测、红外光电智能化系统|喻琪超(1988—), 男, 工程师, 本科, 主要研究方向为信号与信息处理|林长青(1980—), 男, 研究员, 博士, 主要研究方向为红外光电信号实时获取与处理|孙胜利(1970—), 男, 研究员, 博士, 主要研究方向为红外遥感技术
基金资助:
上海市人才发展资金(2019043);中国科学院青年创新促进会(2014214)

Multi-source autonomous reconstruction method based on SRAM FPGA

Lufang LI^1,^2,³, Shuangxi ZHOU^1,^2,³, Huage HEI^1,^2,³, Qichao YU^1,², Changqing LIN^1,², Shengli SUN^1,^2,*

1. Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, China
2. Key Laboratory of Intelligent Infrared Perception, Chinese Acadeny of Sciences, Shanghai 200083, China
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2021-04-22 Online:2022-04-01 Published:2022-04-01
Contact: Shengli SUN

摘要/Abstract

摘要：

空间辐射环境会导致静态随机存储器(static random-access memory, SRAM)型现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array, FPGA)发生单粒子翻转(single event upset, SEU)问题, 其严重性将影响系统正常工作。本架构是基于Xilinx Virtex系列FPGA的多源重构方法, 能够自主识别各种Xilinx Virtex系列FPGA, 采用不同程序存储器源头对SRAM型FPGA进行灵活自主刷新和重构, 并且还可以对SRAM型FPGA进行程序上注解决一些在轨遇到的问题, 有效降低了SRAM型FPGA在轨遇到单粒子问题的影响, 成功实现了在轨定时刷新+多源+自主模式的抗单粒子加固可靠性方案。本设计已经实际应用于空间遥感红外相机, 在轨运行情况表明该设计能有效减少单粒子翻转的次数, 通过在轨自主重构可满足系统图像性能。

关键词: 自主, 多源, 重构, 刷新

Abstract:

The space radiation environment causes the single event upset(SEU) problem of static random-access memory (SRAM) type field programmable gate array (FPGA), and its severity may affect the normal operation of the system. This architecture is a multi-source reconstruction method based on Xilinx Virtex series FPGA, which can independently identify various Xilinx Virtex series FPGA, and use different program memory sources to refresh and reconstruct SRAM type FPGA flexibly. Moreover, it can also program SRAM FPGA to solve some on-orbit problems, effectively reduce the impact of SRAM FPGA on on-orbit single-particle problems, and successfully achieve the reliability scheme of on-orbit timing refresh+multi-source+autonomous mode anti-single particle reinforcement. The design is applied to the space remote sensing infrared camera, and the on-orbit operation shows that the design can effectively reduce the number of single-particle flips, and satisfy the image performance of the system through on-orbit autonomous reconstruction.

Key words: autonomous, multi-source, reconfiguration, refresh

中图分类号:

李璐芳, 周双喜, 黑花阁, 喻琪超, 林长青, 孙胜利. 基于SRAM型FPGA的多源自主重构方法[J]. 系统工程与电子技术, 2022, 44(4): 1093-1102.

Lufang LI, Shuangxi ZHOU, Huage HEI, Qichao YU, Changqing LIN, Shengli SUN. Multi-source autonomous reconstruction method based on SRAM FPGA[J]. Systems Engineering and Electronics, 2022, 44(4): 1093-1102.

图/表 13

表1

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参考文献 31

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参数性能	文献[5]	文献[19]	文献[20]	文献[21]	文献[22]	刷新芯片	本文
关键逻辑TMR	/	√	/	√	/	/	√
部分重配置	√	√	√	√	√	√	√
重配置	/	√	/	/	√	√	√
回读寄存器	/	/	/	/	/	√	√
支持多种FPGA	/	/	/	/	/	支持部分型号	支持可重构全部型号
支持外部存储器	/	/	/	/	/	支持部分型号	支持可上注全部型号
自主程序重构调整参数和预设程序上注	/	/	/	/	/	仅支持程序上注	√
优点	设计相对简单	设计相对简单	设计相对简单	设计相对简单	设计相对简单	不需要代码实现, 芯片预留用户接口	系统设计灵活性高, 兼容FPGA型号以及外部存储器型号较多
缺点	需要代码实现, 设计灵活性较低, 纠错能力最弱	需要代码实现, 设计灵活性较低, 纠错能力较弱	需要代码实现, 设计灵活性较低, 纠错能力最弱	需要代码实现, 设计灵活性较低, 纠错能力较弱	需要代码实现, 设计灵活性较低, 纠错能力较弱	更改灵活性差, 兼容FPGA型号以及外部存储器型号有限	需要代码实现

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Multi-source autonomous reconstruction method based on SRAM FPGA

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