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FPGA塊存儲器的多位翻轉容錯設計
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中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所

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Multiple Bit Upset Fault Tolerance Design of FPGA Block Memory
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    摘要:

    在高可靠性航空航天、航空電子設備和軍用應用中,輻射引發(fā)的多比特翻轉(MBU)成為FPGA存儲器的一個(gè)主要的可靠性問(wèn)題。傳統的單比特錯誤糾正(SEC) 和雙比特錯誤檢測(DED) 無(wú)法對FPGA存儲器發(fā)生的MBU故障提供防護,引發(fā)存儲器的存儲故障。為了減少MBU造成的影響,利用RM(2,5)編碼對FPGA塊存儲器進(jìn)行防護,實(shí)現了單個(gè)碼字小于4位的翻轉錯誤的糾正。對RM編碼系統進(jìn)行了三模冗余設計,解決了RM碼不具備抗輻射的缺陷。設計的RM(2,5)編譯碼模塊在 Xilinx Virtex-5 FPGA中實(shí)現,編碼模塊頻率以225.284MHz運行,占用LUT資源1.33%。通過(guò)理論分析和硬件實(shí)驗表明,該錯誤檢測與糾正(EDAC)系統能夠糾正4位以下的翻轉,提高FPGA存儲器的可靠性。

    Abstract:

    In high-reliability aerospace, avionics and military applications, radiation-induced multiple bit upset (MBU) has become a major reliability concern in FPGA memory cells. Traditional single-bit error correction (SEC) and double-bit error detection (DED) cannot provide protection against MBU fault in FPGA memory, causing memory storage failures. In order to reduce the impact of MBU, the RM(2,5) encoding is used to protect the FPGA block memory,which realizes the correction of the flip error of a single codeword less than 4 bits. The RM coding system is designed with triple module redundancy (TMR), which solves the defect that the RM code does not have radiation resistance. RM(2,5) codec module has been implemented in Xilinx Virtex-5 FPGA and the codec module runs at 225.284MHz, which only 1.33% LUT resource occupation. Theoretical analysis and hardware experiments show that the Error Detection And Correction(EDAC) system can correct errors of less than 4 bits and improve the reliability of the FPGA memory.

    參考文獻
    相似文獻
    引證文獻
引用本文

鐘敏,蘇海冰,潘廣濤. FPGA塊存儲器的多位翻轉容錯設計計算機測量與控制[J].,2021,29(5):169-173.

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  • 收稿日期:2020-09-11
  • 最后修改日期:2020-10-14
  • 錄用日期:2020-10-15
  • 在線(xiàn)發(fā)布日期: 2021-05-21
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