CN112557885B - 一种基于内置温度监测器的fpga单粒子闩锁效应测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于内置温度监测器的FPGA单粒子闩锁效应测试系统及方法，该测试系统包括上位机和测试板；上位机负责流程控制和数据处理；测试板包括控制处理FPGA、配置FLASH、DDR存储器以及被测FPGA；测试板负责完成被测FPGA的配置，同时完成被测FPGA结温和工作电流的监测，最终得到被测FPGA指定结温条件下闩锁阈值。本发明通过将被测FPGA配置成移位寄存器链功能进行自加热，充分利用被测FPGA内部集成的温度监测器持续监测被测FPGA结温，达到指定结温条件后，控制处理FPGA实时监测被测FPGA工作电流，最终获得被测FPGA指定结温条件下的闩锁阈值。

Description

一种基于内置温度监测器的FPGA单粒子闩锁效应测试系统及 方法
技术领域
本发明涉及一种FPGA单粒子效应测试系统及方法，特别是一种基于内置温度监测器的FPGA单粒子闩锁效应测试系统及方法，属于FPGA测试及辐照试验领域。
背景技术
SRAM型FPGA器件具有灵活性高、成本低、周期短等优点，广泛应用于国内外航天工程中。SRAM型FPGA在空间领域的应用除了要求其具有很高的可靠性以外，抗辐射是必须重点考虑的问题。因此，FPGA在空间系统应用之前，务必要进行充分的辐照试验评估。单粒子闩锁辐照试验为评估FPGA抗单粒子闩锁效应指标的基本方法。
现有的专利主要有：(1)一种多通道SRAM单粒子测试方法及装置，申请号：2014107300740，公布号：CN104505125A；(2)FPGA单粒子闩锁监测方法及装置，申请号：2012103982205，公布号：CN103777135A。上述专利中在开展单粒子闩锁试验时，均未将被测电路结温加热至指定温度，无法确定被测电路恶劣温度条件下的闩锁阈值，对被测电路闩锁阈值评估不够准确完善。
总之，现有专利尚未开展基于内置温度监测器的FPGA单粒子闩锁效应测试研究，而针对单粒子闩锁试验大多采用常温测试。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于内置温度监测器的FPGA单粒子闩锁效应测试系统及方法，通过FPGA内置温度监测器实时读取被测FPGA结温；被测FPGA结温达到指定温度后，开始进行单粒子闩锁试验，过程控制模块控制被测FPGA电流采集模块实时读取被测FPGA工作电流数据，最终获得被测FPGA指定结温条件下的闩锁阈值。
本发明的技术方案：一种基于内置温度监测器的FPGA单粒子闩锁效应测试系统，包括：上位机和测试板；上位机放置于试验监控室，用于进行试验设置、试验过程控制和试验结果显示；测试板放置于辐照试验室；
所述测试板包括控制处理FPGA、配置FLASH、DDR存储器以及被测FPGA；所述控制处理FPGA分别与被测FPGA、DDR存储器、配置FLASH、通信接口相连；控制处理FPGA通过通信接口与上位机相连；DDR存储器用于存储用来配置被测FPGA的测试码流；配置FLASH用于存储配置控制处理FPGA的配置码流；被测FPGA置于辐照试验区；控制处理FPGA包括通信模块、过程控制模块、被测FPGA配置模块、被测FPGA温度监测模块、被测FPGA电流采集模块、DDR读写模块；
控制处理FPGA中的通信模块通过USB通信接口接收上位机发送的控制指令及被测FPGA配置码流，通过过程控制模块将控制指令发送给被测FPGA配置模块、DDR读写模块，并通过DDR读写模块将接收的被测FPGA配置码流存放在DDR存储器中；
单粒子闩锁试验前，过程控制模块控制被测FPGA配置模块通过DDR读写模块从DDR存储器中读取被测FPGA配置码流，并通过SMAP接口对被测FPGA进行配置；被测FPGA配置完成后，控制处理FPGA中的通信模块通过USB通信接口接收上位机发送的读取被测FPGA结温指令，过程控制模块将读取结温指令发送至被测FPGA温度监测模块，被测FPGA温度监测模块通过FPGA内置温度监测器的动态重构接口读取FPGA内置温度监测器的状态寄存器获取被测FPGA结温值，被测FPGA温度监测模块将获取的被测FPGA结温值通过过程控制模块发送给控制处理FPGA中的通信模块，控制处理FPGA中的通信模块通过USB通信接口将获取的结温值上传至上位机，上位机实时判断获取的被测FPGA结温值是否到达试验指定的结温条件；被测FPGA结温达到指定温度后，开始进行单粒子闩锁试验，过程控制模块控制被测FPGA电流采集模块实时读取被测FPGA工作电流数据，最终获得被测FPGA指定结温条件下的闩锁阈值。
将被测FPGA配置成移位寄存器链功能进行自加热，利用被测FPGA内部集成的温度监测器监测被测FPGA结温。
通信接口采用USB接口。
一种基于内置温度监测器的FPGA单粒子闩锁效应测试方法，步骤如下：
(1)上位机与控制处理FPGA进行握手通信；握手成功后上位机向控制处理FPGA发送被测FPGA配置码流；控制处理FPGA通过DDR读写模块将被测FPGA配置码流存储到DDR存储器中；
(2)上位机发送配置被测FPGA命令，过程控制模块控制被测FPGA配置模块通过DDR读写模块从DDR存储器中读取被测FPGA配置码流，并通过SMAP接口对被测FPGA进行配置；
(3)配置完成后，上位机发送采集被测FPGA结温命令，被测FPGA温度监测模块通过FPGA内置温度监测器的动态重构接口读取FPGA内置温度监测器的状态寄存器获取被测FPGA结温值，控制处理FPGA中的通信模块通过USB通信接口将获取的结温值上传至上位机；
(4)循环进行步骤(3)，直到上位机获取到试验指定的FPGA结温值；
(5)开启辐照源，上位机发送采集被测FPGA电流命令，过程控制模块控制被测FPGA电流采集模块采集被测FPGA实时工作电流；
(6)根据工作电流确定被测FPGA器件是否发生单粒子闩锁效应，从而确定被测FPGA器件闩锁阈值。
本发明与现有技术相比具有的优点是：
(1)现有技术通常使用外部监测装置只能获取器件环境温度，不能准确获取器件结温，本发明中利用FPGA内置温度监测模块开展单粒子闩锁效应的测试，解决了FPGA结温不易获取的难题。
(2)现有技术通常使用外部加热装置(如探头等)来进行被测器件加热，本发明中将被测FPGA配置成移位寄存器链功能进行自加热，适用于各种不同封装形式的器件，同时无需使用额外的加热装置，更便于在试验现场实施。
(3)现有技术只能在常温或者指定环境温度下开展单粒子闩锁试验，无法在指定结温条件下开展相应试验，本发明中可实现将FPGA结温加热至指定温度后开展单粒子闩锁效应测试，解决了恶劣温度条件下的单粒子闩锁效应测试，增强了测试数据的可靠性。
附图说明
图1为本发明测试系统总体结构框架图；
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种基于内置监视器的FPGA单粒子闩锁效应测试系统，包括上位机和测试板；上位机放置于试验监控室，用于进行试验设置、试验过程控制和试验结果显示；测试板放置于辐照试验室；测试板包括控制处理FPGA、配置FLASH、DDR存储器以及被测FPGA；所述控制处理FPGA分别与被测FPGA、DDR存储器、配置FLASH、通信接口相连；控制处理FPGA通过通信接口与上位机相连；DDR存储器用于存储用来配置被测FPGA的测试码流；配置FLASH用于存储配置控制处理FPGA的配置码流；被测FPGA置于辐照试验区；控制处理FPGA包括通信模块、过程控制模块、被测FPGA配置模块、被测FPGA温度监测模块、被测FPGA电流采集模块、DDR读写模块；
控制处理FPGA中的通信模块通过USB通信接口接收上位机发送的控制指令及被测FPGA配置码流，通过过程控制模块将控制指令发送给被测FPGA配置模块和DDR读写模块，并通过DDR读写模块将接收的被测FPGA配置码流存放在DDR存储器中。
单粒子闩锁辐照试验前，过程控制模块控制被测FPGA配置模块通过DDR读写模块从DDR存储器中读取被测FPGA配置码流，并通过SMAP接口对被测FPGA进行配置。被测FPGA配置完成后，过程控制模块控制被测FPGA温度监测模块循环读取被测FPGA结温，结温达到指定值后，控制处理FPGA的通信模块通过USB通信接口向上位机发送开始试验指令。
单粒子闩锁辐照试验开始后，过程控制模块控制被测FPGA电流采集模块，循环读取被测FPGA工作电流值，最终获得被测FPGA指定结温条件下的闩锁阈值。
一种基于权利要求1中测试系统的单粒子闩锁效应测试方法步骤如下，在试验开始之前需要打开用于与测试板通信的USB通信接口。
(1)上位机与控制处理FPGA进行握手通信；握手成功后上位机向控制处理FPGA发送被测FPGA配置码流；控制处理FPGA通过DDR读写模块将被测FPGA配置码流存储到DDR存储器中；
(2)上位机发送配置被测FPGA命令，过程控制模块控制被测FPGA配置模块通过DDR读写模块从DDR存储器中读取被测FPGA配置码流，并通过SMAP接口对被测FPGA进行配置；
(3)配置完成后，上位机发送采集被测FPGA结温命令，被测FPGA温度监测模块通过FPGA内置温度监测器的动态重构接口(DRP)读取FPGA内置温度监测器的状态寄存器获取被测FPGA结温值，控制处理FPGA中的通信模块通过USB通信接口将获取的结温值上传至上位机；
(4)循环进行步骤(3)，直到上位机获取到试验指定的FPGA结温值；
(5)开启辐照源，上位机发送采集被测FPGA电流命令，过程控制模块控制被测FPGA电流采集模块采集被测FPGA实时工作电流；
(6)根据被测FPGA工作电流确定FPGA器件是否发生单粒子闩锁效应，从而确定该器件闩锁阈值。
本发明未详细介绍的内容属于本领域公知常识。

Claims (2)

1.一种基于内置温度监测器的FPGA单粒子闩锁效应测试系统，其特征在于包括：上位机和测试板；上位机放置于试验监控室，用于进行试验设置、试验过程控制和试验结果显示；测试板放置于辐照试验室；
所述测试板包括控制处理FPGA、配置FLASH、DDR存储器以及被测FPGA；所述控制处理FPGA分别与被测FPGA、DDR存储器、配置FLASH、通信接口相连；控制处理FPGA通过通信接口与上位机相连；DDR存储器用于存储用来配置被测FPGA的配置码流；配置FLASH用于存储配置控制处理FPGA的配置码流；被测FPGA置于辐照试验区；控制处理FPGA包括通信模块、过程控制模块、被测FPGA配置模块、被测FPGA温度监测模块、被测FPGA电流采集模块、DDR读写模块；
控制处理FPGA中的通信模块通过USB通信接口接收上位机发送的控制指令及被测FPGA配置码流，通过过程控制模块将控制指令发送给被测FPGA配置模块、DDR读写模块，并通过DDR读写模块将接收的被测FPGA配置码流存放在DDR存储器中；
单粒子闩锁试验前，过程控制模块控制被测FPGA配置模块通过DDR读写模块从DDR存储器中读取被测FPGA配置码流，并通过SMAP接口对被测FPGA进行配置；被测FPGA配置完成后，控制处理FPGA中的通信模块通过USB通信接口接收上位机发送的读取被测FPGA结温指令，过程控制模块将读取结温指令发送至被测FPGA温度监测模块，被测FPGA温度监测模块通过FPGA内置温度监测器的动态重构接口读取FPGA内置温度监测器的状态寄存器获取被测FPGA结温值，被测FPGA温度监测模块将获取的被测FPGA结温值通过过程控制模块发送给控制处理FPGA中的通信模块，控制处理FPGA中的通信模块通过USB通信接口将获取的结温值上传至上位机，上位机实时判断获取的被测FPGA结温值是否到达试验指定的结温条件；被测FPGA结温达到指定温度后，开始进行单粒子闩锁试验，过程控制模块控制被测FPGA电流采集模块实时读取被测FPGA工作电流数据，最终获得被测FPGA指定结温条件下的闩锁阈值；
将被测FPGA配置成移位寄存器链功能进行自加热，利用被测FPGA内部集成的温度监测器监测被测FPGA结温值；
通信接口采用USB接口。
2.一种基于内置温度监测器的FPGA单粒子闩锁效应测试方法，其特征在于步骤如下：
（1）上位机与控制处理FPGA进行握手通信；握手成功后上位机向控制处理FPGA发送被测FPGA配置码流；控制处理FPGA通过DDR读写模块将被测FPGA配置码流存储到DDR存储器中；
（2）上位机发送配置被测FPGA命令，过程控制模块控制被测FPGA配置模块通过DDR读写模块从DDR存储器中读取被测FPGA配置码流，并通过SMAP接口对被测FPGA进行配置；
（3）配置完成后，上位机发送采集被测FPGA结温命令，被测FPGA温度监测模块通过FPGA内置温度监测器的动态重构接口读取FPGA内置温度监测器的状态寄存器获取被测FPGA结温值，控制处理FPGA中的通信模块通过USB通信接口将获取的结温值上传至上位机；
（4）循环进行步骤（3），直到上位机获取到试验指定的FPGA结温值；
（5）开启辐照源，上位机发送采集被测FPGA电流命令，过程控制模块控制被测FPGA电流采集模块采集被测FPGA实时工作电流；
（6）根据工作电流确定被测FPGA器件是否发生单粒子闩锁效应，从而确定被测FPGA器件闩锁阈值。
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