基于FPGA的星載計(jì)算機(jī)自檢EDAC電路設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中，我們采用外置的CPU芯片和內(nèi)置的RAM單元，作為自檢EDAC電路的硬件平臺(tái) （或環(huán)境、資源）。CPU芯片在這里起到的作用是啟動(dòng)EDAC自檢，處理錯(cuò)誤中斷，向地面?zhèn)?送錯(cuò)誤信息，并根據(jù)地面要求對(duì)錯(cuò)誤信息進(jìn)行處理。

在該設(shè)計(jì)中，檢測(cè)一個(gè)存儲(chǔ)單元地址僅需要4個(gè)時(shí)鐘周期，如果開(kāi)啟自糾錯(cuò)功能，并且 檢測(cè)到單比特錯(cuò)誤，再增加2個(gè)時(shí)鐘周期用來(lái)糾錯(cuò)。因此如果時(shí)鐘為20MHz，并且錯(cuò)誤數(shù)據(jù)較 少，則更新1M個(gè)RAM存儲(chǔ)單元需要的時(shí)間約為：4×1M 20MHz = 0.2s。

更重要的是，在這0.2s的時(shí)間里，僅在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)需要向計(jì)算機(jī)產(chǎn)生中斷，進(jìn)行相應(yīng)處 理，對(duì)地面進(jìn)行錯(cuò)誤報(bào)告，因而CPU處理時(shí)間很短，節(jié)省了寶貴的CPU資源。

3.3 仿真與驗(yàn)證

在空間環(huán)境下普遍存在的SEU，在地面環(huán)境下是很難獲得的，為了在地面對(duì)該EDAC電路 設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，需要采取故障注入手段。由于在本例中RAM存儲(chǔ)單元采用FPGA內(nèi)部資源，因 此故障注入變得相對(duì)簡(jiǎn)單。在FPGA進(jìn)行程序綜合時(shí)，可將預(yù)先編制好的RAM存儲(chǔ)單元初始化 文件一起綜合。因此我們可在編制RAM存儲(chǔ)單元初始化文件時(shí)，對(duì)某些比特位進(jìn)行修改，以 模擬空間環(huán)境下SEU對(duì)RAM存儲(chǔ)單元的影響。

在這里采用Xilinx公司的XQRV300為硬件載體，該型號(hào)FPGA芯片在航天領(lǐng)域內(nèi)被廣泛使 用。為節(jié)省仿真時(shí)間，數(shù)據(jù)RAM存儲(chǔ)單元采用256*8bit,檢驗(yàn)RAM存儲(chǔ)單元采用25*bit。在 RAM存儲(chǔ)單元初始化文件中，人工加入了12個(gè)單比特錯(cuò)誤，以及1個(gè)兩比特錯(cuò)誤，如下表所示。

為仿真簡(jiǎn)便起見(jiàn)，向存儲(chǔ)單元存放的正確數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)單元地址相同。

時(shí)鐘選擇為20MHz，通過(guò)采用ModelSim軟件進(jìn)行布線后仿真，我們可以得到圖3所示結(jié)果。

圖中： Clk — 系統(tǒng)時(shí)鐘；

En — EDAC 模塊使能控制；

Check — 自檢啟動(dòng)/使能信號(hào)（信號(hào)上升沿觸發(fā)一次巡檢，信號(hào)為低暫停巡檢）；

Rw_En — 自糾錯(cuò)使能信號(hào)（為高允許糾錯(cuò)）；

Err — 錯(cuò)誤中斷（標(biāo)志）信號(hào)；

Rw — 自糾錯(cuò)標(biāo)志信號(hào)（為高表示正在進(jìn)行自糾錯(cuò)操作）；

MErr — 多比特錯(cuò)誤中斷（標(biāo)志）信號(hào)；

Checking — 自檢標(biāo)志（為高表示尚未完成本次巡檢操作）；

Err_Sum,Err_A,Err_D,Err_C — 錯(cuò)誤計(jì)數(shù),錯(cuò)誤地址，原始數(shù)據(jù)，原始校驗(yàn)碼；

D,A,Wr,Rd — 單片機(jī)數(shù)據(jù)、地址、寫(xiě)操作、讀操作信號(hào)；