一种针对ASIC空间应用的系统级加固方法技术方案

一种针对ASIC空间应用的系统级加固方法，其步骤为：S1：建立配置参数列表；S2：参数配置列表的加固设置，对定义的待配置参数做可靠性加固；S3：设置实时校验与定时刷新机制；S4：设置对芯片进行系统级动态刷新机制，对需要配置的参数做寄存器缓存模式设置；S5：设置芯片参数重配置保护机制，确保重配置过程的正确性；S6：存储加固后的芯片配置参数；S7：读取外部配置参数，完成初始配置；S8：完成初始配置后，开始对工作在芯片中的配置参数进行实时校验；S9：根据设置的参数重配置时间；S10：动态刷新。本发明专利技术具有易实现、可靠性好、适用范围广等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种针对ASIC空间应用的系统级加固方法
本专利技术主要涉及到电子系统级可靠性加固
，特指一种针对ASIC空间应用的系统级加固方法
技术介绍
电子系统中的集成电路芯片运行于空间辐照环境中，受空间高能粒子辐照的影响，极易产生单粒子效应。单粒子效应将引起集成电路本身损坏或功能运行异常，从而导致整个电子系统功能异常，严重情况下将使电子系统功能完全失效。随着大规模集成电路在空间电子系统中使用的越来越多，而单粒子效应能够使集成电路发生逻辑状态翻转、逻辑功能的瞬时异常或中断，而且随着CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductors)工艺的下降，PN结的阈值电压降低，如大规模可编程逻辑器件(以下简称FPGAFieldProgrammableGateArray)、处理器等面临单粒子效应威胁日趋严峻，而目前还没有一种芯片生产方式可以保证芯片完全杜绝单粒子效应对芯片功能的影响。FPGA因为具有处理能力强，功能可编程等优点在空间电子系统中得到了广泛的应用，由于FPGA自身的特点导致其易受单粒子效应引起功能异常。大规模专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit以下简称ASIC)具备较强的抗单粒子翻转和总剂量的能力，在可靠性要求高和工作时间长等空间探测任务中得到了广泛的应用。为了提高ASIC芯片的抗单粒子效应能力，大部分从业者多从芯片物理设计层面进行加固设计，这种做法对单粒子效应引发的单粒子功能中断没有很好的解决措施。通常通过冗余的设计来降低单粒子功能中断等，但该措施是通过牺牲ASIC芯片的面积及功耗为代价换取的功能稳定。根据当前的研究表明在不同的空间轨道上，单粒子效应的影响是不同的，若做单一的加固措施，可能无法使得专用芯片工作最优化，浪费不必要的功耗及芯片面积。由上可知，现有面向空间应用的ASIC器件主要从芯片设计阶段使用冗余或物理设计加固的措施，这样的设计是以增加功耗或面积为代价，加强ASIC器件空间应用的可靠性，这种方法无法解决ASIC器件受到空间辐射效应引起的系统单粒子功能中断。因此，如何从系统层面来提高ASIC芯片的抗单粒子功能中断能力，进而提高ASIC芯片乃至系统整体抗单粒子效应的能力是ASIC芯片在空间应用需要亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种易实现、可靠性好、适用范围广的针对ASIC空间应用的系统级加固方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种针对ASIC空间应用的系统级加固方法，其步骤为：S1：建立配置参数列表，根据芯片的功能定义及需求，定义出需要配置的参数；S2：参数配置列表的加固设置，对定义的待配置参数做可靠性加固；S3：设置实时校验与定时刷新机制；S4：设置对芯片进行系统级动态刷新机制，对需要配置的参数做寄存器缓存模式设置，即各配置参数以静态寄存器的形式作为各功能模块的输入信号，这些输入信号在芯片正常工作过程中无需改变；S5：设置芯片参数重配置保护机制，确保重配置过程的正确性；S6：存储加固后的芯片配置参数；S7：读取外部配置参数，完成初始配置；S8：完成初始配置后，开始对工作在芯片中的配置参数进行实时校验，若校验结果有误则对配置参数进行一次动态刷新，参数刷新期间芯片正常工作；S9：根据设置的参数重配置时间，若达到配置时间，则对所有配置参数进行一次动态刷新；S10：动态刷新，与初始参数配置工作流程一致，在动态刷新过程中，芯片始正常工作，不受参数动态刷新的影响。作为本专利技术的进一步改进：进行实时校验工作的具体流程为：S101：完成芯片的初始配置；S102：按照参数配置的顺序，依次采样配置到各功能模块中的配置参数，计算出当前芯片运行的配置参数的CRC32校验结果；S103：重新读取存储在芯片外部的配置参数，此次只读取配置参数中预先存储的CRC32校验结果；S104：比对计算得到的芯片内部配置参数CRC32校验结果与存放参数的空间中包含的CRC32校验结果；S105：若结果一致，则再重复执行步骤S102、S103、S104；若结果不一致，则芯片需重新配置，进入芯片重配置流程。作为本专利技术的进一步改进：进行参数配置的详细流程如下：S201：芯片开始工作前，读取到外部存储的配置数据后，进行三选一的数据选取操作，若三个数据中，任意两个读取到的数据相同，则选用该相同数据作为使用的数据；否则，则认定该次读取数据出现错误，重新开始读取数据；S202：对选取后的配置参数作为寄存器存储在参数配置管理模块中；S203：在读取完所有的配置参数后，对所有参数进行时钟域处理，即对参数通过采样的方式使配置参数能够工作在功能模块中实际使用的时钟域下；S204：完成配置参数的时钟域处理后，释放配置完成信号，作为系统芯片开始正常工作的使能信号，且配置完成信号只在上电后初始配置中有效，完成初始配置过程后，该信号始终处于释放状态。作为本专利技术的进一步改进：进行实时与定时体制工作的详细流程如下：S301：判定是否达到初始配置的定时重配置时间，若达到计数时间则执行步骤S304，否则执行步骤S302；S302：按照参数配置的顺序，依次采样配置到各功能模块中的配置参数，计算出当前芯片运行的配置参数的CRC32校验结果；S303：将步骤S302中计算得到的CRC32校验结果与外部配置参数中预存的CRC32校验结果进行比对，若一致则重复执行步骤S302；否则执行步骤S304；S304：重新从外部存储中读取配置参数，即重新完成一次参数动态刷新，在刷新过程中无需对芯片中的功能模块进行复位操作，该过程只决定配置参数管理模块输出的参数信号。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S3中，在芯片正常工作后，芯片重复进行对配置参数的校验；根据不同的空间应用环境，即卫星轨道参数以及在此轨道条件的寄存器翻转概率，设定定时刷新的间隔时间，间隔时间作为配置参数存放在配置参数列表中，与其他参数一致，做统一的加固处理。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的针对ASIC空间应用的系统级加固方法，通过参数动态刷新和基于ASIC架构的在轨无中断修复技术，提高了芯片的单粒子中断能力，目前通过地面高能粒子试验表明：采用该专利技术技术的ASIC芯片的单粒子功能中断能力为：单粒子翻转阈值：≥37MeV·cm2/mg或≤1x10-10错误/天·位，处于业内领先水平，可以满足各类空间探测任务的需求。2、本专利技术的针对ASIC空间应用的系统级加固方法，首次设计了基于ASIC的参数刷新时间计算方法，将刷新时间等关键参数和轨道参数关联，可以确保芯片在不同轨道应用的适用性。3、本专利技术的针对ASIC空间应用的系统级加固方法，设计了基于ASIC的参数无中断刷新方法，可以在不中断芯片正常工作的情况下完成对芯片工作异常的修复。附图说明图1是本专利技术的流程示意图。图2是本专利技术在具体应用实例中进行实时校验工作的流程示意图。图3是本专利技术在具体应用实例中进行参数配置的流程示意图。图4是本专利技术在具体应用实例中进行进行实时与定时体制工作的流程示意图。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术的一种针对ASIC空间应用的系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对ASIC空间应用的系统级加固方法，其特征在于，步骤为：S1：建立配置参数列表，根据芯片的功能定义及需求，定义出需要配置的参数；S2：参数配置列表的加固设置，对定义的待配置参数做可靠性加固；S3：设置实时校验与定时刷新机制；S4：设置对芯片进行系统级动态刷新机制，对需要配置的参数做寄存器缓存模式设置，即各配置参数以静态寄存器的形式作为各功能模块的输入信号，这些输入信号在芯片正常工作过程中无需改变；S5：设置芯片参数重配置保护机制，确保重配置过程的正确性；S6：存储加固后的芯片配置参数；S7：读取外部配置参数，完成初始配置；S8：完成初始配置后，开始对工作在芯片中的配置参数进行实时校验，若校验结果有误则对配置参数进行一次动态刷新，参数刷新期间芯片正常工作；S9：根据设置的参数重配置时间，若达到配置时间，则对所有配置参数进行一次动态刷新；S10：动态刷新，与初始参数配置工作流程一致，在动态刷新过程中，芯片始正常工作，不受参数动态刷新的影响。

【技术特征摘要】
1.一种针对ASIC空间应用的系统级加固方法，其特征在于，步骤为：S1：建立参数配置列表单元，根据芯片的功能定义及需求，定义出需要配置的参数；S2：参数配置列表单元的加固设置，对定义的需要配置的参数做可靠性加固；S3：设置实时校验与定时刷新机制；S4：设置对芯片进行系统级动态刷新机制，对需要配置的参数做寄存器缓存模式设置，即各配置参数以静态寄存器的形式作为各功能模块的输入信号，这些输入信号在芯片正常工作过程中无需改变；S5：设置芯片参数重配置保护机制，确保重配置过程的正确性；S6：存储加固后的芯片配置的参数；S7：读取外部配置的参数，完成初始配置；S8：完成初始配置后，开始对工作在芯片中配置的参数进行实时校验，若校验结果有误则对芯片中配置的参数进行一次动态刷新，参数刷新期间芯片正常工作；S9：根据设置的参数重配置时间，若达到配置时间，则对所有芯片中配置的参数进行一次动态刷新；S10：动态刷新，与初始参数配置工作流程一致，在动态刷新过程中，芯片是正常工作，不受参数动态刷新的影响。2.根据权利要求1所述的针对ASIC空间应用的系统级加固方法，其特征在于，进行实时校验工作的具体流程为：S101：完成芯片的初始配置；S102：按照参数配置的顺序，依次采样配置到各功能模块中的配置参数，计算出当前芯片运行的配置参数的CRC32校验结果；S103：重新读取存储在芯片外部的配置参数，此次只读取配置参数中预先存储的CRC32校验结果；S104：比对计算得到的芯片内部配置参数CRC32校验结果与配置参数中预先存储的CRC32校验结果；S105：若结果一致，则再重复执行步骤S102、S103、S104；若结果不一致，则芯片需重新配置，进入芯片重配置流程。3.根据权利要求1所述的针对ASIC空间应用的系统级加固方法，其特征在于，进行参数配置的详细流程如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃科，杨俊，杨建伟，杨光，邢克飞，何伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43