CN105718622B - 由单粒子翻转率预计单粒子故障率的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由单粒子翻转率预计单粒子故障率的方法及系统，以解决如何根据单粒子翻转率预计单粒子故障率的问题。该方法包括：S1、确定电子器件中每一功能模块的单粒子翻转率、时间降额因子及逻辑降额因子的大小；S2、计算每一功能模块的单粒子故障率；S3、将所述电子器件中所有功能模块的单粒子故障率之和作为所述电子器件的单粒子故障率。本发明计算得到的电子器件的单粒子故障率是在单粒子翻转率的基础上利用时间降额因子和逻辑降额因子进行修正得到的，相对于现有技术中的试验统计归纳方法和利用工程经验定性分析方法，本发明的定量计算方法工作量大大减小，更简单、易实现。

Description

由单粒子翻转率预计单粒子故障率的方法及系统

技术领域

本发明涉及单粒子故障技术领域，尤其是涉及一种由单粒子翻转率预计单粒子故障率的方法及一种由单粒子翻转率预计单粒子故障率的系统。

背景技术

航空器中带有存储结构的电子器件受大气中高能中子的辐射会产生单粒子效应，其中以单粒子翻转效应为主。单粒子翻转效应会导致电子器件的存储结构中的数据发生跳变，即0至1或1至0。当电子器件出现大量的数据跳变时，就会出现故障，这种由于单粒子效应引发的故障，称为单粒子故障。

但是，由于电子器件存在着不同的时序或逻辑设计，因此一次单粒子翻转不一定会导致一次单粒子故障。所以需要得知因单粒子翻转效应引起单粒子故障的故障率，进而根据单粒子故障率，分析或计算设备级、系统级的故障率等信息。

那如何根据电子器件的单粒子翻转率预计电子器件可能表现出的单粒子故障率呢。目前，采用的方法为通过大量的试验进行统计归纳，或者依据工程经验做出判断。前者采用大量试验归纳的方式费时费力、耗费成本高。后者只能进行简单的定性分析，而且不具有普适性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何根据单粒子翻转率预计单粒子故障率。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种由单粒子翻转率预计单粒子故障率的方法及系统。

第一方面，该方法包括：

S1、确定电子器件中每一功能模块的单粒子翻转率、时间降额因子及逻辑降额因子的大小，

其中，所述时间降额因子为在一个时钟周期内功能模块的单粒子翻转变化能够被记录的时长的比例，所述逻辑降额因子为所述功能模块内被记录的单粒子翻转变化导致该功能模块发生单粒子故障的概率；

S2、根据相应功能模块的所述单粒子翻转率、所述时间降额因子及所述逻辑降额因子的大小，计算所述相应功能模块的单粒子故障率；

S3、将所述电子器件中所有功能模块的单粒子故障率之和作为所述电子器件的单粒子故障率。

进一步地，所述步骤S2采用以下公式计算电子器件中第i个功能模块的单粒子故障率λ_SEE-i：

λ_SEE-i＝R_SEE-i×TD_-i×LD_-i

其中，R_SEE-i为第i个功能模块的单粒子翻转率，TD_-i为第i个功能模块的时间降额因子，LD_-i为第i个功能模块的逻辑降额因子。

进一步地，所述功能模块为状态存储模块或非状态存储模块。

第二方面，该系统包括：

确定模块，用于确定电子器件中每一功能模块的单粒子翻转率、时间降额因子及逻辑降额因子的大小，

其中，所述时间降额因子为在一个时钟周期内功能模块的单粒子翻转变化能够被记录的时长的比例，所述逻辑降额因子为所述功能模块内被记录的单粒子翻转变化导致该功能模块发生单粒子故障的概率；

第一计算模块，用于根据相应功能模块的所述单粒子翻转率、所述时间降额因子及所述逻辑降额因子的大小，计算所述相应功能模块的单粒子故障率；

第二计算模块，用于将所述电子器件中所有功能模块的单粒子故障率之和作为所述电子器件的单粒子故障率。

进一步地，所述第一计算模块采用以下公式计算电子器件中第i个功能模块的单粒子故障率λ_SEE-i：

λ_SEE-i＝R_SEE-i×TD_-i×LD_-i

其中，R_SEE-i为第i个功能模块的单粒子翻转率，TD_-i为第i个功能模块的时间降额因子，LD_-i为第i个功能模块的逻辑降额因子。

进一步地，所述功能模块为状态存储模块或非状态存储模块。

本发明中的时间降额因子表征的是电子器件的电子翻转率到单粒子故障率的传递过程中时序降级影响。逻辑降额因子表征的是电子器件的电子翻转率到单粒子故障率的传递过程中的逻辑降级影响。因此，本发明考虑了单粒子翻转对电子器件的时序和逻辑产生影响的可能性。因此本发明计算得到的电子器件的单粒子故障率是在单粒子翻转率的基础上利用时间降额因子和逻辑降额因子进行修正得到的，相对于现有技术中的试验统计归纳方法和利用工程经验定性分析方法，本发明的定量计算方法工作量大大减小，更简单、易实现。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了根据本发明由单粒子翻转率预计单粒子故障率的方法一实施例的流程示意图；

图2示出了根据本发明由单粒子翻转率预计单粒子故障率的系统一实施例的结构框图；

图3示出了根据本发明由单粒子翻转率预计单粒子故障率的方法另一实施例中计算功能模块的单粒子故障率的流程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提供一种由单粒子翻转率预计单粒子故障率的方法，如图1所示，该方法包括：

S1、确定电子器件中每一功能模块的单粒子翻转率、时间降额因子及逻辑降额因子的大小，

其中，所述时间降额因子为在一个时钟周期内功能模块的单粒子翻转变化能够被记录的时长的比例，所述逻辑降额因子为所述功能模块内被记录的单粒子翻转变化导致该功能模块发生单粒子故障的概率；

S2、根据相应功能模块的所述单粒子翻转率、所述时间降额因子及所述逻辑降额因子的大小，计算所述相应功能模块的单粒子故障率；

S3、将所述电子器件中所有功能模块的单粒子故障率之和作为所述电子器件的单粒子故障率。

本发明中的时间降额因子表征的是电子器件的电子翻转率到单粒子故障率的传递过程中时序降级影响。逻辑降额因子表征的是电子器件的电子翻转率到单粒子故障率的传递过程中的逻辑降级影响。因此，本发明考虑了单粒子翻转对电子器件的时序和逻辑产生影响的可能性。因此本发明计算得到的电子器件的单粒子故障率是在单粒子翻转率的基础上利用时间降额因子和逻辑降额因子进行修正得到的，相对于现有技术中的试验统计归纳方法和利用工程经验定性分析方法，本发明的定量计算方法工作量大大减小，更简单、易实现。

其中，所述步骤S2可以采用以下公式计算电子器件中第i个功能模块的单粒子故障率λ_SEE-i：

λ_SEE-i＝R_SEE-i×TD_-i×LD_-i

其中，R_SEE-i为第i个功能模块的单粒子翻转率，TD_-i为第i个功能模块的时间降额因子，LD_-i为第i个功能模块的逻辑降额因子。

图3中给出了计算功能模块的单粒子故障率的一种流程示意图。

另外，本发明中功能模块的划分标准不做限定。其中一种划分方式为按照电子器件中的模块是否具有存储结构划分，因此功能模块为状态存储模块或非状态存储模块。

其中，状态存储模块指的是电子器件中具有存储结构的模块，反之，不具有存储结构的模块为非状态存储模块。

对于状态存储模块，因单粒子翻转变化都会被记录下来。因此在整个时钟周期内，单粒子翻转变化能够被记录的时长为整个时钟周期。只要能够被记录下来，就有可能导致电子器件故障。因此状态存储模块的时间降额因子的大小为1。所谓的单粒子翻转变化指的是由单粒子翻转效应引起的状态的变化或跳变。

而且，逻辑降额因子表示被记录的单粒子效应导致功能模块发生单粒子故障的概率。例如一个控制寄存器的容量为1Mbit，但是使用率为30％，只有在这30％内记录的单粒子翻转才会导致故障。另外70％的空间内也会有效的记录单粒子翻转，但因为不会被使用到，所以不会导致故障。因此该控制寄存器的逻辑降额因子为0.3。可见对于状态存储模块的逻辑降额因子为存储资源利用率。

对于非状态存储模块，在非工作时间内，单粒子翻转变化不会被记录下来，因此在非工作时间内的单粒子翻转变化不会导致电子器件故障。只有在工作时间，单粒子翻转变化才能被记录下来，因此非状态存储模块的时间降额因子的大小为一个时钟周期内工作时间占比。例如一个时钟周期内非状态存储模块的工作时间为40％，则其时间降额因子为0.4。

对于非状态存储模块，逻辑降额因子是由功能模块的逻辑功能决定。例如：对于器件内执行关键控制逻辑的模块，其逻辑降额因子可能接近于1，表示没有降额，只要发生单粒子效应就能够导致器件崩溃。对于执行一些辅助功能或备份功能的模块，其逻辑降额因子可能接近于0，表示完全降额，发生单粒子效应对器件的最终功能可能没有影响。

简单来讲，时间降额因子表示了模块有效记录单粒子效应的时间比例，逻辑降额因子表示这些被有效记录的单粒子效应导致模块发生单粒子故障的概率。

本发明中的时钟周期与电子器件的工作频率有关，为工作频率的倒数。本发明中单粒子翻转率为单粒子效应率。

下面以一处理器对本发明进行说明，该处理器的状态存储模块有高速缓存、通用寄存器、快速重编址高速缓冲器、应用寄存器和控制寄存器。非状态存储模块有锁定电路、静态数据链、静态控制线路、动态数据链、动态控制线路。如下表所示，根据每一状态存储模块或非状态存储模块的单粒子翻转率、时间降额因子、逻辑降额因子的大小计算相应功能模块的单粒子故障率，然后将该电子器件中所有功能模块的单粒子故障率求和，将求和后得到的值作为该电子器件的单粒子故障率。

本发明还提供一种由单粒子翻转率预计单粒子故障率的系统，如图2所示，该系统100包括：

确定模块101，用于确定电子器件中每一功能模块的单粒子翻转率、时间降额因子及逻辑降额因子的大小，

其中，所述时间降额因子为在一个时钟周期内功能模块因单粒子翻转效应导致的时序状态变化能够被记录的时长的占比，所述逻辑降额因子为功能模块的资源利用率；

第一计算模块102，用于根据相应功能模块的所述单粒子翻转率、所述时间降额因子及所述逻辑降额因子的大小，计算所述相应功能模块的单粒子故障率；

第二计算模块103，用于将所述电子器件中所有功能模块的单粒子故障率之和作为所述电子器件的单粒子故障率。

进一步地，所述第一计算模块采用以下公式计算电子器件中第i个功能模块的单粒子故障率λ_SEE-i：

λ_SEE-i＝R_SEE-i×TD_-i×LD_-i

其中，R_SEE-i为第i个功能模块的单粒子翻转率，TD_-i为第i个功能模块的时间降额因子，LD_-i为第i个功能模块的逻辑降额因子。

进一步地，所述功能模块为状态存储模块或非状态存储模块。

本发明由单粒子翻转率预计单粒子故障率的系统为与本发明由单粒子翻转率预计单粒子故障率的方法的功能架构模块，其有关部分的解释、说明和有益效果请参考本发明由单粒子翻转率预计单粒子故障率的方法的相应部分，在此不再赘述。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (6)

1.一种由单粒子翻转率预计单粒子故障率的方法，其特征在于，包括：

S1、确定电子器件中每一功能模块的单粒子翻转率、时间降额因子及逻辑降额因子的大小，

其中，所述时间降额因子为在一个时钟周期内功能模块的单粒子翻转变化能够被记录的时长的比例，所述逻辑降额因子为所述功能模块内被记录的单粒子翻转变化导致该功能模块发生单粒子故障的概率，所述单粒子翻转变化指的是由单粒子翻转效应引起的状态的变化或跳变；

S2、根据相应功能模块的所述单粒子翻转率、所述时间降额因子及所述逻辑降额因子的大小，计算所述相应功能模块的单粒子故障率；

S3、将所述电子器件中所有功能模块的单粒子故障率之和作为所述电子器件的单粒子故障率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述步骤S2采用以下公式计算电子器件中第i个功能模块的单粒子故障率λ_SEE-i：

λ_SEE-i＝R_SEE-i×TD_-i×LD_-i

其中，R_SEE-i为第i个功能模块的单粒子翻转率，TD_-i为第i个功能模块的时间降额因子，LD_-i为第i个功能模块的逻辑降额因子。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功能模块为状态存储模块或非状态存储模块。

4.一种由单粒子翻转率预计单粒子故障率的系统，其特征在于，包括：

确定模块，用于确定电子器件中每一功能模块的单粒子翻转率、时间降额因子及逻辑降额因子的大小，

其中，所述时间降额因子为在一个时钟周期内功能模块的单粒子翻转变化能够被记录的时长的比例，所述逻辑降额因子为所述功能模块内被记录的单粒子翻转变化导致该功能模块发生单粒子故障的概率，所述单粒子翻转变化指的是由单粒子翻转效应引起的状态的变化或跳变；

第一计算模块，用于根据相应功能模块的所述单粒子翻转率、所述时间降额因子及所述逻辑降额因子的大小，计算所述相应功能模块的单粒子故障率；

第二计算模块，用于将所述电子器件中所有功能模块的单粒子故障率之和作为所述电子器件的单粒子故障率。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述第一计算模块采用以下公式计算电子器件中第i个功能模块的单粒子故障率λ_SEE-i：

λ_SEE-i＝R_SEE-i×TD_-i×LD_-i

其中，R_SEE-i为第i个功能模块的单粒子翻转率，TD_-i为第i个功能模块的时间降额因子，LD_-i为第i个功能模块的逻辑降额因子。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述功能模块为状态存储模块或非状态存储模块。