一种微处理器瞬态剂量率辐照测试系统及其测试方法技术方案

本发明专利技术公开一种微处理器瞬态剂量率辐照测试系统及其测试方法，试验主控制板对被测微处理器电路进行初始化测试程序、被测电路运行测试程序、示波器监测被测电路端口状态、主控制板串口读取被测电路辐照前后数值及状态并比较、辐照后被测电路运行算法及数据收发通信程序等；所述被测微处理器电路瞬态剂量率合格判定方法包括闩锁判定方法、翻转判定方法及端口电压判定方法。口电压判定方法。口电压判定方法。

【技术实现步骤摘要】
一种微处理器瞬态剂量率辐照测试系统及其测试方法


[0001]本专利技术涉及微处理器的辐照试验
，特别涉及一种微处理器瞬态剂量率辐照测试系统及其测试方法。

技术介绍

[0002]在核辐照环境中，集成电路受到γ瞬态剂量率的冲击，在芯片内部表现为瞬态剂量率翻转及闩锁现象。当高能γ射线击中芯片的存储区域，瞬时脉冲作用于芯片中的PN结，产生瞬时光电流，导致存储位状态改变，逻辑电平瞬时大面积翻转，此现象为瞬态剂量率翻转。瞬态脉冲产生的光电流，可触发电路中寄生的PNPN结电流正向放大，当电流放大倍数超过一定阈值时，形成瞬态剂量率闩锁。微处理器芯片包括中央处理器CPU、数字信号处理器DSP及微控制器MCU等，是进行数据处理、运算、通信及控制的核心器件，在γ射线瞬时轰击微处理器电路情况下，电路内的SRAM存储区域和寄存器区域容易发生大面积的瞬态剂量率翻转，导致微处理器电路运行状态出错，使得微处理器电路运行不稳定甚至功能失效。瞬态剂量率闩锁使得电路工作电流增大，导致电路功能失效，严重时甚至会烧毁电路。
[0003]微处理器广泛应用于航空航天、核设施控制等系统中，研究微处理器的瞬态剂量率辐照试验方法对评估微处理器的抗瞬态剂量率辐射性能至关重要，但国内外很少有微处理器瞬态剂量率辐照试验方面的相关文献及专利。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对的是被测微处理器电路，是基于哈弗总线架构的32位数字信号处理器，用于数字信号处理及控制系统，被测微处理器电路内部包括32位乘法器/算术逻辑运算单元(MPY/ALU)、指令寻址及译码单元，片内包含SRAM，外设包括SCI、SPI、McBSP、增强型CAN、外部总线接口、通用IO、定时器、中断等功能，可以实现与外部的通信及控制。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种微处理器瞬态剂量率辐照测试系统，包括依次连接的试验主控制板、NI工控机、被测微处理器电路、示波器、显示器；
[0006]被测微处理器电路装载在测试板上，测试板通过电磁屏蔽SCI串口通信和电磁屏蔽供电线路与试验主控制板连接，测试板还与示波器连接，被测微处理器电路通过测试板把需要与被测电路通信和监控的信号引出；被测微处理器电路中状态监测端口信号的电压、电流值反馈给示波器，由示波器进行现场监控并记录；
[0007]NI工控机与试验主控制板通过供电线连接，还通过主控制板通信总线通讯连接，还与显示器连接，显示器实时显示工控机上运行的监控软件内容；NI工控机给整个测试系统供电、运行现场监控程序、记录试验过程中电流电压值；
[0008]试验主控制板包括主控处理器、FPGA、FLASH存储器及电源转换等器件组成，通过主控处理器的串口初始化被测电路，远程加载测试程序并返回测试结果。
[0009]利用上述一种微处理器瞬态剂量率辐照测试系统，测试流程如下：
[0010]首先NI工控机给试验主控制板、被测微处理器电路上电，并把被测微处理器电路
的测试算法、状态、数据通信等初始化测试程序下载到试验主控制板的FLASH中；上电完成后，试验主控制板复位被测微处理器电路，将FLASH中的初始化测试程序通过串口远程加载到被测微处理器电路中，被测微处理器电路的片内SRAM除了运行FFT运算程序外，其余空间初始化为固定值；外设寄存器初始化配置为正常收发功能；配置GPIO管脚为固定的输入输出状态，输出的GPIO管脚通过屏蔽线连接到示波器上。瞬态辐照前，被测微处理器电路循环运行FFT运算、外设通信等测试程序，试验主控制板通过SCI串口读取被测微处理器电路中的运算的FFT结果、CPU内核外设状态值与FLASH中的正确值进行比对，示波器远程采集瞬时辐照前的GPIO输出波形；
[0011]瞬态辐照零时刻，试验主控制板发出指令使被测微处理器电路固定在某一状态，并读取该状态存入到试验主控制板的存储器中；示波器采集被测微处理器电路的GPIO端口电压波形。NI工控机记录瞬态辐照前的电源电压、电流值。
[0012]瞬态辐照中，示波器自动触发采集被测微处理器电路的GPIO输出状态并记录波形。NI工控机记录瞬态辐照时的电源电压、电流值，判断是否发生闩锁现象。
[0013]瞬态辐照结束后，试验主控制板通过串口读取被测微处理器电路内部的FFT运算数据、内核外设状态、片内SRAM存储值等状态，与瞬态辐照零时刻时存入试验主控制板存储器中的值作比较，判断是否一致。随后，在不断电的情况下，试验主控制板发出指令唤醒被测微处理器电路，运行测试程序。
[0014]辐照前后，被测微处理器电路内运行的测试程序包括但不限于如下内容：
[0015]1、内核寄存器及指令测试：在被测微处理器电路内部SRAM空间开辟一块存储区用来运行FFT运算，试验主控制板通过串口实时读取被测微处理器电路的运算结果及状态值，与储存在试验主控制板的FLASH存储器中的正确值作比较，判断内核是否发生瞬态剂量率翻转。
[0016]2、SPI、SCI、McBSP、CAN等串口运行数据收发自循环测试，比较串口收发数据的正确性，判断串口是否发生瞬态剂量率翻转。
[0017]3、EMIF与GPIO：将EMIF的输出连接到GPIO口，GPIO口配置为输入。通过读取GPIO状态判断EMIF输出和GPIO输入的正确性，从而确定EMIF及GPIO是否发生瞬态剂量率翻转。
[0018]4、定时器与中断PIE：定时器产生周期方波，在每个方波的上升沿计数一次，当定时计数器计数到某一设定值时产生一个中断给中断PIE模块。PIE接收到一个中断信号后中断计数一次，并重启定时计数器。通过中断计数值的与设定值比较判断定时器及中断是否发生瞬态剂量率翻转。
[0019]5、在被测微处理器电路的片内SRAM空间中除了FFT算法外其余空间写入固定值，对被测微处理器电路的片内SRAM中写入的固定值进行循环读取，与存储在试验主控制板的FLASH中的值进行比较，判断片内SRAM是否发生瞬态剂量率翻转。
[0020]还包括，被测微处理器电路的瞬态剂量率辐照测试判定方法，具体为：
[0021]瞬态辐照试验前进行测试系统上电，初始化被测微处理器电路及配置GPIO端口。瞬态辐照试验时，观测被测微处理器电路电源电流是否超出辐照前的2倍。若超标，则复位被测微处理器电路，观测电流和功能是否恢复正常；若电流和功能都未恢复正常，表明发生了瞬态剂量率闩锁，电路不合格停止试验；若复位后电流和功能都恢复正常，则电路未发生瞬态剂量率闩锁，继续试验；若电流不超标，用示波器检测瞬态辐射时电路GPIO端口电压波
形，若端口电压不能恢复，则电路不合格停止试验；若端口电压能恢复，则继续试验。运行测试程序并与初始配置值进行比对，监测瞬态辐射后电路内部存储位翻转情况，统计各个模块的翻转数。若瞬态辐照达到规定的剂量率，则试验结束；若瞬态辐照未达到规定的剂量率，则试验重新开始；若被测电路内部状态未发生翻转，功能运行正常，则表明电路未发生瞬态剂量率闩锁及翻转，则判定被测微处理器电路经瞬态剂量率辐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微处理器瞬态剂量率辐照测试系统，其特征在于，包括依次连接的试验主控制板(1)、NI工控机(2)、被测微处理器电路(3)、示波器(4)、显示器(5)；被测微处理器电路(3)装载在测试板上，测试板通过电磁屏蔽SCI串口通信和电磁屏蔽供电线路与试验主控制板(1)连接，测试板还与示波器(4)连接，被测微处理器电路(3)通过测试板把需要与被测电路通信和监控的信号引出；被测微处理器电路(3)中状态监测端口信号的电压、电流值反馈给示波器(4)，由示波器(4)进行现场监控并记录；NI工控机(2)与试验主控制板(1)通过供电线连接，还通过主控制板通信总线通讯连接，还与显示器(5)连接，显示器(5)实时显示工控机上运行的监控软件内容；NI工控机(2)给整个测试系统供电、运行现场监控程序、记录试验过程中电流电压值；试验主控制板(1)包括主控处理器、FPGA、FLASH存储器及电源转换，通过主控处理器的串口初始化被测电路，远程加载测试程序并返回测试结果。2.根据权利要求1所述的一种微处理器瞬态剂量率辐照测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：首先NI工控机(2)给试验主控制板(1)、被测微处理器电路(3)上电，并把被测微处理器电路(3)的测试算法、状态、数据通信初始化测试程序下载到试验主控制板(1)的FLASH中；上电完成后，试验主控制板(1)复位被测微处理器电路(3)，将FLASH中的初始化测试程序通过串口远程加载到被测微处理器电路(3)中，被测微处理器电路(3)的片内SRAM除了运行FFT运算程序外，其余空间初始化为固定值；外设寄存器初始化配置为正常收发功能；配置GPIO管脚为固定的输入输出状态，输出的GPIO管脚通过屏蔽线连接到示波器(4)上；瞬态辐照前，被测微处理器电路(3)循环运行FFT运算、外设通信测试程序，试验主控制板(1)通过SCI串口读取被测微处理器电路(3)中的运算的FFT结果、CPU内核外设状态值与FLASH中的正确值进行比对，示波器(4)远程采集瞬时辐照前的GPIO输出波形；瞬态辐照零时刻，试验主控制板(1)发出指令使被测微处理器电路(3)固定在某一状态，并读取该状态存入到试验主控制板(1)的存储器中；示波器(4)采集被测微处理器电路(3)的GPIO端口电压波形；NI工控机(2)记录瞬态辐照前的电源电压、电流值；瞬态辐照中，示波器(4)自动触发采集被测微处理器电路(3)的GPIO输出状态并记录波形；NI工控机(2)记录瞬态辐照时的电源电压、电流值，判断是否发生闩锁现象；瞬态辐照结束后，试验主控制板(1)通过串口读取被测微处理器电路(3)内部的FFT运算数据、内核外设状态、片内SRAM存储值状态，与瞬态辐照零时刻时存入试验主控制板(1)存储器中的值作比较，判断是否一致；随后，在不断电的情况下，试验主控制板(1)发...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛海卫，雷志军，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十八研究所，
类型：发明
国别省市：