[0001] 本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种面向FPGA的单粒子效应软件模拟方法及系统。

[0002] 随着集成电路工艺的发展，FPGA在航天领域的应用对可靠性提出了更高的要求。因此，可靠性逐渐成为FPGA设计时和性能同等需要考虑的重要问题。特别是在太空环境中，FPGA很容易受到单粒子效应的影响，使FPGA中逻辑单元的内容发生翻转与锁定，导致FPGA发生故障。在设计容错FPGA之前，需要进行深入的单粒子效应敏感性分析，尤其是FPGA在出现单粒子效应时的行为特性。而单粒子效应模拟是FPGA可靠性评估的重要技术，因此单粒子效应模拟工具的研究和设计具有重要意义。传统的单粒子效应模拟方法基于硬件模块实现，在设计中加入故障行为模块。

[0003] 上述已有方式存在的缺点主要表现在：针对不同的单粒子效应发生位置与时间需要设计对应的故障行为模块。同时，每一次模拟单粒子效应时需要重新编译整个FPGA硬件系统，导致设计流程冗杂，且模拟耗时较长。

[0026] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0027] 本发明的技术解决问题是：为突破硬件模拟单粒子效应技术限制，有效减少单粒子效应模拟时长，优化设计流程，提供一种面向FPGA的单粒子效应软件模拟方法及系统。该方法可以实现在软件仿真过程中模拟单粒子效应发生的位置和时间，同时监测对应信号的变化记录单粒子效应造成的影响，完成FPGA单粒子效应的模拟。

[0028] 如图1所示，针对现有技术中设计流程冗杂，且模拟耗时较长的问题，本发明提出了一种面向FPGA的单粒子效应软件模拟方法，包括下列步骤：

[0029] (1)针对FPGA确定可能发生单粒子效应的信号列表，包括FPGA中所有模块内的寄存器及存储器信号以及模块的输入输出信号；

[0030] (2)由单粒子模拟模块，针对信号列表设定单粒子注入位置和时间，包括单粒子翻转故障、单粒子闩锁故障以及单粒子瞬态故障的注入位置和时间；

[0031] (3)根据单粒子注入位置与时间生成模拟单粒子注入的测试用例；

[0032] (4)由单粒子效应模拟控制器，将测试用例加载到FPGA中并运行FPGA仿真；

[0033] (5)由结果分析模块在单粒子效应注入时刻，观测对应的FPGA信号；

[0034] (6)结果分析模块分析单粒子效应注入模拟结果并生成可追溯波形，该波形由FPGA运行过程中，所有信号信息组成；

[0035] (7)完成该测试用例后，单粒子效应模拟控制器控制单粒子模拟模块，产生下一条测试用例，重复步骤(2)～(6)直至完成信号列表中所有信号的测试用例。

[0036] 本发明还提出了一种面向FPGA的单粒子效应软件模拟系统，包括：单粒子效应模拟过程控制器、单粒子模拟模块和结果分析模块；具体实现如图2所示，单粒子效应模拟过程控制器控制单粒子模拟模块，产生单粒子效应模拟测试用例，将单粒子效应模拟测试用例加载到FPGA中，并控制结果分析模块监测注入信号，完成信号列表中全部信号的单粒子注入模拟；单粒子模拟模块针对FPGA中的信号，设定单粒子注入的位置与时间，并产生单粒子效应模拟测试用例；结果分析模块监测单粒子注入信号，分析单粒子效应注入模拟结果并生成可追溯波形。

[0037] 实施例：

[0038] (1)针对FPGA的加载程序确定可能发生单粒子效应的信号列表，包括dci、ici、rfi；

[0039] (2)由单粒子模拟模块，针对信号列表设定单粒子闩锁故障注入位置，注入时间为10us；

[0040] (3)根据单粒子注入位置与时间生成模拟单粒子注入的测试用例；

[0041] (4)由单粒子效应模拟控制器，将测试用例加载到FPGA中并运行FPGA仿真；

[0042] (5)由结果分析模块在单粒子效应注入时刻，观测对应的FPGA信号；

[0043] (6)结果分析模块分析单粒子效应注入模拟结果并生成可追溯波形，该波形由FPGA运行过程中，所有信号信息组成；

[0044] (7)完成该测试用例后，单粒子效应模拟控制器控制单粒子模拟模块，产生下一条测试用例，重复步骤(2)～(6)直至完成信号列表中dci、ici、rfi的测试用例。

[0045] 本发明技术方案基于软件模拟单粒子效应，可以覆盖FPGA内部的所有信号，相对于硬件模拟而言，更符合实际应用场景中单粒子效应的发生，同时，可以精确模拟单粒子效应发生的位置与时间；无需重新编译硬件平台，大幅缩短单粒子效应模拟时间；FPGA系统通过加载单粒子模拟模块生成的测试用例，就可以完成单粒子效应的注入，简化模拟过程，降低了模拟成本。