SRAM軟錯(cuò)誤損壞檢測(cè)(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(huì)造成軟錯(cuò)誤，它會(huì)改變存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)內(nèi)容。這種現(xiàn)象首先成為DRAM中的一個(gè)問題，要求能對(duì)高可靠性應(yīng)用中的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)和糾錯(cuò)。由于器件的尺寸不斷縮小，對(duì)某些系統(tǒng)而言，SRAM中的軟錯(cuò)誤概率已相當(dāng)大。

用于汽車應(yīng)用的高性能FPGA將邏輯配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SRAM單元。由于FPGA中SRAM單元數(shù)量和密度的增加，軟錯(cuò)誤改變系統(tǒng)可編程邏輯行為的概率也隨之增加。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)核。雖然這種方法提供了一個(gè)解決方案，但它也占用了寶貴的可編程資源，并可能會(huì)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(shí)現(xiàn)的軟錯(cuò)誤檢測(cè)器，它不會(huì)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(gè)訪問FPGA SRAM配置存儲(chǔ)器的接口，還有SED控制器電路和一個(gè)存儲(chǔ)當(dāng)前位流CRC的32位寄存器(圖3)。SED功能需要使用幾個(gè)I/O引腳，要占用4個(gè)專用的輸入引腳和4個(gè)專用的輸出引腳。這些引腳用于使能和啟動(dòng)SED檢測(cè)，還能指明SED的工作狀態(tài)。

圖3、LatticeXP2 FPGA具有SRAM軟錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)功能。

SED工作期間，控制電路從FPGA的SRAM配置存儲(chǔ)器讀取串行數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)，并計(jì)算CRC。然后，計(jì)算出的CRC與預(yù)期的存儲(chǔ)在32位寄存器中的CRC進(jìn)行比較。如果這兩個(gè)CRC值不匹配，說明配置存儲(chǔ)器中有差錯(cuò)，并設(shè)置一個(gè)外部信號(hào)為高電平，指明有差錯(cuò)。對(duì)應(yīng)出錯(cuò)信號(hào)，用戶可以有幾種選擇：忽略這個(gè)差錯(cuò)；使用外部處理器記錄這個(gè)差錯(cuò)；或從原來的引導(dǎo)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(cè)試，保證器件即使在最高溫度下連續(xù)工作，最少10年不會(huì)引起存儲(chǔ)內(nèi)容的丟失或產(chǎn)生系統(tǒng)故障。此外，雙引導(dǎo)功能和硬件實(shí)現(xiàn)的SED檢測(cè)功能對(duì)SRAM內(nèi)容損壞提供了安全保證，不會(huì)影響器件性能或用戶邏輯的運(yùn)行。

應(yīng)用上述四種配置保護(hù)技術(shù)的FPGA設(shè)計(jì)具有高度可靠的啟動(dòng)和初始化功能，可以保護(hù)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(shè)計(jì)還增加了保護(hù)措施，防止由帶電粒子導(dǎo)致的改變運(yùn)行配置的情況。將啟動(dòng)和SED保護(hù)進(jìn)行整合的方法使汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠構(gòu)建完整可靠的FPGA設(shè)計(jì)，同時(shí)不必?fù)?dān)心配置被蓄意篡改或環(huán)境對(duì)器件造成的損壞。