автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Методы и средства прогнозирования стойкости ПЛИС к воздействию радиационных факторов космического пространства

На правах рукописи

БОБРОВСКИЙ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СТОЙКОСТИ ПЛИС К ВОЗДЕЙСТВИЮ РАДИАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА

05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Автор:

2 2 СЕН 2011

Москва-2011 г.

4853410

Работа выполнена в Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ».

Научный руководитель Кандидат технических наук, доцент Калашников Олег Арсеньевич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук

Шелепин Николай Алексеевич

Кандидат технических наук Соболев Сергей Анатольевич

Ведущая организация: ОАО ЦНИИ «Циклон»

Защита состоится 2011 г. в /час.

мин.

На заседании диссертационного совета Д212.130.02

в Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» по адресу: 115409 Москва, Каширское шоссе, 31, тел. 324-84-98, 323-91-76

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»

Автореферат разослан /Л- 05 2011г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

П.К. Скоробогатов

Введение. Общая характеристика работы.

Диссертация направлена на решение научно-технической задачи разработки методов и средств прогнозирования стойкости ПЛИС (Программируемая логическая интегральная схема) к воздействию радиационных факторов космического пространства.

Актуальность темы диссертации

Космические аппараты в процессе эксплуатации подвергаются воздействию различных внешних факторов, в том числе - радиационных. С увеличением срока активного существования космического аппарата на орбите возрастает роль радиационных отказов СБИС, входящих в его состав.

Технические и эксплуатационные характеристики перспективных систем управления и контроля во многом обусловлены техническим уровнем входящих в их состав ПЛИС -электронных узлов, в базисе которых реализуется большинство интерфейсных контроллеров, участвующих в передаче и обработке информации на борту космического аппарата между процессорными модулями.

В связи с этим актуальной является задача прогнозирования радиационной стойкости ПЛИС, работающих в условиях внешних радиационных факторов космического пространства.

Во многих случаях функциональные отказы являются доминирующими и определяют уровень радиационной стойкости ПЛИС. Это связано с функциональной сложностью микросхем и разнообразием блоков, входящих в её состав. Поэтому, методики радиационных исследований ПЛИС должны в обязательном порядке включать развернутые процедуры функционального контроля, обладающие высокой диагностической способностью.

Подготовка тестовых векторов, обеспечивающих полный функциональный кон-троль(ФК), может занимать несколько месяцев, а сам функциональный контроль - минуты. Время облучения должно более чем на порядок превышать время полного цикла тестирования, это определяется, во-первых, 10% погрешностью определения уровня функционального сбоя, во-вторых, отжигом микросхемы во время измерения параметров без воздействия.

Актуальной является задача сокращения, как времени подготовки ФК ПЛИС, так и времени проведения процедуры ФК без потери достоверности обнаружения функциональных отказов. Решение этой задачи основывается на исследовании закономерностей радиационного поведения ПЛИС, анализе архитектурных особенностей ПЛИС, разработке эф-

з

фективных методов, алгоритмов, методик и аппаратно-программных средств ФК при проведении радиационного эксперимента.

При изучении локальных радиационных эффектов, вызванных воздействием отдельных ядерных частиц, основное внимание уделяется двум: тиристорному эффекту и одиночным эффектам функционального отказа устройства, реализованного в ПЛИС функционирования, связанным с нарушением конфигурации ПЛИС из-за одиночных сбоев в конфигурационной памяти.

Одиночное событие функционального отказа устройства, реализованного в ПЛИС (Single-event Functional Interrupts (SEFI)) - такое нарушение функционирования, для восстановления которого требуется перезагрузка конфигурационной информации.

При разработке устройства возможны многочисленные варианты его реализации, различающиеся количеством функционально чувствительных ячеек конфигурационной памя ти. Экспериментально проверять каждую реализацию и выбирать оптимальную не пред ставляется возможным, поэтому, актуальной является задача разработки расчетно экспериментального метода оценки сечения функционального отказа устройства, реализо ванного в ПЛИС, основывающегося на одном эксперименте по оценке сечения одиночны сбоев всей конфигурационной памяти и на расчетной оценке сечения функционального от каза конкретной реализации устройства. Решению указанных задач посвящена диссерта ционная работа.

Состояние исследований по проблеме.

Научно-методическому обеспечению проведения испытаний СБИС на стойкость воздействию радиационных космических факторов посвящены работы д.т.н. Чумаков А.И., K.T.H. Яненко A.B. (каф. 3 НИЯУ МИФИ). Вопросы разработки, изготовления и ра. вития ПЛИС для космического применения представлены в трудах Быстрицкого A.B., Ць бина С.А. (Конструкторско-технологический центр «Электроника», г. Воронеж). Однако этих трудах практически не рассматривались методы функционального контроля ПЛИ при проведении радиационных испытаний.

Проектированию систем на кристалле в базисе ПЛИС и способам повышения прои. водителыюсти и снижения энергопотребления посвящены многочисленные работы Шаг рина И.И., Шалтырева В.А. (каф. 27 НИЯУ МИФИ).

Вопросам диагностического неразрушающего контроля однократно программиру мых ПЛИС ф. Actel, основанного на накоплении статистики результатов измерений то

потребления по партиям ПЛИС, посвящены работы Краснова М.И. (ОАО "Российские космические системы").

Функциональному и параметрическому контролю ПЛИС, а также эффектам, возникающим в ПЛИС при воздействии радиационных факторов, посвящены многочисленные работы зарубежных ученых (Buchanan N.J., Gingrich D.M., Green P.W., MacQueen D.M, Fabula J., Wang J.J, Sterpone L, Violante M).

Вопросами ФК функционально-сложных СБИС посвящены многочисленные работы к.т.н. Калашникова O.A., к.т.н. Некрасова П.В., к.т.н. Демидова A.A. (каф. 3 НИЯУ МИФИ). Эти работы посвящены преимущественно микропроцессорным СБИС и не учитывают особенностей ПЛИС.

Имеющиеся на момент начала работы аппаратно-программные средства радиационного эксперимента не обеспечивали возможности полноценного автоматизированного управления, функционального контроля и диагностирования отказов и сбоев ПЛИС в реальном времени непосредственно в процессе облучения.

Таким образом, возникла необходимость структурировать методы функционального контроля ПЛИС, определить оптимальный метод оперативного ФК в процессе испытаний ПЛИС на стойкость к воздействию радиационных факторов космического пространства, разработать методику подготовки и проведения ФК ПЛИС, а также программно-аппаратные средства для контроля современных ПЛИС в условиях воздействия факторов космического пространства.

Цель диссертации: разработка методов и средств прогнозирования стойкости ПЛИС к воздействию радиационных факторов космического пространства.

Основными задачами диссертации являются:

- теоретический анализ и экспериментальные исследования основных закономерностей и доминирующих радиационных эффектов в ПЛИС при воздействии радиационных факторов космического пространства;

- анализ и развитие существующих методов функционального контроля ПЛИС и оценка их эффективности;

- разработка новых и совершенствование существующих методических и технических средств испытаний ПЛИС на стойкость к воздействию радиационных факторов космического пространства, позволяющих обеспечить достоверность определения работоспособности ПЛИС в условиях радиационного воздействия и выявить отказавший функциональный блок;

- получение и систематизация экспериментальных данных, устанавливающих общность радиационного поведения ПЛИС.

- разработка расчетно-экспериментального метода оценки сечения функционального сбоя устройств, реализованных в ПЛИС.

Научная новнзна работы:

1. Выявлены, описаны и систематизированы преобладающие типы функциональных отказов ПЛИС при воздействии радиационных факторов космического пространства.

2. Предложен метод независимого функционального контроля базовых блоков ПЛИС, позволяющий определить момент функционального отказа ПЛИС и отказавший блок, а также минимизировать временные и трудозатраты при подготовке и проведении радиационных испытаний за счет создания универсальной библиотеки тестовых прошивок ПЛИС и соответствующих им внешних тестовых блоков.

3. Предложен расчетно-экспериментальный метод оценки сечения функциональных сбоев устройств, реализованных в ПЛИС. Метод позволяет сократить объем экспериментальных исследований при оценке сечения функционального отказа устройства, реализованного в ПЛИС и оптимизировать функциональную реализацию устройства.

Практическая ценность.

1. Разработана библиотека тестовых блоков базовых элементов ПЛИС, применяемая для формирования тестовой прошивки с учетом доступных ресурсов ПЛИС, позволяющая достоверно оценивать уровень радиационной стойкости ПЛИС к эффектам накопленной дозы с указанием базового блока, определяющего уровень функционального отказа.

2. В базисе аппаратуры National Instruments и программного обеспечения LabView разработан аппаратно-программный комплекс, позволяющий, в отличие от имеющихся ранее, выполнять полный функциональный и параметрический контроль базовых блоков современных ПЛИС непосредственно в процессе радиационного эксперимента.

3. С использованием разработанных методик получены результаты экспериментальных исследований стойкости к воздействию радиационных факторов космического пространства широкой номенклатуры ПЛИС отечественного и иностранного производств (Xilinx, Altera, Actel, Lattice Semiconductor, ОАО " Конструкторско-технологический цент Электроника").

4. Результаты диссертации внедрены в ОАО "Конструкторско-технологически центр Электроника" при выполнении ОКР "Вельс" и "Геотермист" по созданию двух пер вых отечественных программируемых логических интегральных схем.

5. Результаты диссертации внедрены в ОАО "ЭНПО СПЭЛС" в качестве стандартной процедуры проведения радиационных испытаний ПЛИС, подтверждающейся утвержденной методикой проведения радиационных испытаний ПЛИС.

6. Результаты исследований вошли в отчетные материалы работ по проектированию космической аппаратуры систем МКС, "Глонасс", "Ресурс-П", "Лиана", "Персона", "БелКА", "Каг8а1-2", "Луч-5Б".

Результаты, выносимые на защиту:

1. Метод независимого функционального контроля базовых блоков ПЛИС, позволяющий определить момент функционального отказа ПЛИС и отказавший блок, а также оптимизировать временные и трудозатраты при подготовке и проведении радиационных испытаний за счет создания универсальной библиотеки тестовых прошивок в ПЛИС и соответствующих им внешних тестовых блоков.

2. Метод расчетно-экспериментальной оценки сечения одиночных функциональных сбоев ПЛИС, позволяющий оценивать сечение без необходимости проведения экспериментальных исследований для каждой реализации устройства.

3. Аппаратно-программный комплекс, отличающийся от ранее имеющихся тем, что обеспечивает полноценный функциональный и параметрический контроль ПЛИС в реальном времени в активных динамических режимах работы непосредственно в процессе радиационного воздействия, а также позволяет управлять различными моделирующими установками и имитаторами.

4. Результаты экспериментальных исследований радиационного поведения ПЛИС, подтверждающие обоснованность предложенных методических и технических средств прогнозирования функциональных отказов, а именно, метода независимого функционального контроля базовых блоков ПЛИС.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на "Научных сессиях НИЯУ МИФИ" (Москва, 2007-2010 гг.); на Российских научно-технических конференциях "Электроника, микро- и наноэлектроника" (г. Пушкинские Горы 2007 г., г. Петрозаводск 2008 г., г.Н.Новгород 2009 г. ), Российской научной конференции "Радиационная стойкость электронных систем - Стойкосмть-2010" г. Лыткарино. Основные результаты диссертации опубликованы в 14 работах (в период с 2007 по 2011 гг.), в том числе 7 без соавторов, 2 из списка ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 118 страниц, в том числе 59 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 92 наименований и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Содержание диссертации

Введение обосновывает актуальность работы, обобщает краткие результаты анализа ранее выполненных научных работ по тематике.

Спецификой современных ПЛИС является их функциональная сложность и высокая степень интеграции, вследствие чего причины радиационных отказов современных ПЛИС могут быть различными. ФК при радиационных испытаниях функционально сложных схем имеет ряд существенных особенностей.

Процедура функционального контроля большинства микросхем, таких как логика, память и др. реализована как последовательность тестовых векторов. ФК ПЛИС предполагает кроме последовательности тестовых векторов создание внутренней прошивки, определяющей функции, которые будет выполнять ПЛИС. Процедуры ФК специфичны для различных классов ПЛИС и зависят от доступных у конкретного семейства функциональных ресурсов.

Условия радиационных испытаний накладывают ряд ограничений как на сами методы ФК (по времени выполнения тестовой программы и по учету возможного проявления радиационных эффектов), так и на используемую аппаратуру. Конструктивные особенности источников ионизирующего излучения, наличие полей ионизационного излучения и ограниченность времени проведения функционального контроля определяют специфику радиационных испытаний, связанных с методами и техническими средствами проведения ФК.

Таким образом, актуальной является задача разработки методических и технических средств ФК ПЛИС в ходе радиационных испытаний на стойкость к факторам космического пространства. Анализ этой задачи начнем с рассмотрен™ существующих методов ФК ПЛИС, используемых при радиационных испытаниях. Определим границы применимости каждого метода их основные достоинства и недостатки.

Первая глава посвящена анализу проблемной ситуации в области; в ней описываются типовая структура и особенности построения современных ПЛИС, приведена классификация ПЛИС; с учетом архитектурных особенностей выделены базовые блоки ПЛИС; рассмотрены радиационные эффекты и, как следствие, функциональные отказы, возникающие

g

в ПЛИС при воздействии факторов космического пространства (дозовые эффекты и эффекты от отдельных ядерных частиц); обоснована постановка задач исследований.

Полный функциональный контроль ПЛИС.

Метод полного ФК реализуется с использованием промышленных аппаратно-программных комплексов (тестеров), к ним можно отнести тестеры фирм Aligent Technologies, Форм. Большие трудозатраты на подготовку функционального контроля ПЛИС, а также продолжительное время его проведения, а также большие габаритные размеры тестера, крайне ограниченная мобильность и высокая стоимость ограничивают применимость такого подхода к функциональному контролю при проведении радиационных испытаний.

Функциональный контроль в составе системы с реальной прошивкой.

При использовании метода функционального контроля ПЛИС в реальном режиме функционирования испытания проводятся в составе устройства (материнской платы) с прошивкой, с которой ПЛИС будет работать на борту космического аппарата. В случае технической возможности применения данной материнской платы во время радиационного эксперимента метод является достаточно оперативным, но, в то же время, мало информативным и практически не позволяет определить причину возникновения отказа.

Применение специализированной тестовой прошивки.

Метод основан на разработке специализированной тестовой прошивки, позволяющей проводить функциональный контроль схемы. Глубина такого ФК, а следовательно и вероятность обнаружения сбоя зависит от её состава.

В литературе встречаются различные варианты реализации такой прошивки. Одни используют прошивки типа многоразрядного счетчика, сдвигового регистра или структуры типа FIFO, заполняющие 100% ресурсов ПЛИС (триггеров). Другие же предпочитают не раскрывать подробности прошивки, говоря лишь, что проводится полное тестирование всех ключевых блоков.

Использование первых двух методов из-за указанных недостатков не позволяет эффективно определять уровень стойкости ПЛИС при проведении радиационных испытаний.

Наиболее подходящим методом функционального контроля является использование специализированной тестовой прошивки.

В качестве базовых блоков ПЛИС типа FPGA можно выделить следующие: запоминающий элемент логической ячейки, мультиплексор логической ячейки, выделенная блоч-

ная память, таблица преобразований, PLL, DSP-ядро, Ethernet контроллер и другие периферийные блоки.

Дозовые радиационные эффекты, возникающие в ПЛИС, проявляются в виде параметрических и функциональных отказов. Функциональные отказы проявляются в виде:

1) отказов конфигурационной памяти, приводя к полной потере работоспособности ПЛИС

2) отказов в блоках пользовательской памяти (ОЗУ, Flash), запоминающих элементах логических ячеек, комбинационных схемах, периферийных функциональных блоках, таких как PLL, DSP, Ethernet-контроллер

Одиночные радиационные эффекты, возникающие в ПЛИС при воздействии ОЯЧ:

1) Одиночные сбои в запоминающих элементах конфигурационной и пользовательской памяти.

2) одиночные эффекты в комбинационных схемах за счет возникновения импульсных помех при протекании ионизационных токов.

3) Защелкивание четырехслойных паразитных структур (тиристорный эффект).

Вторая глава содержит описание предложенного метода независимого функционального контроля базовых блоков ПЛИС, позволяющего протестировать каждый тип примитивов ПЛИС и получить более точный и подробный (с выявлением отказавшего блока) результат по сравнению с методом, использующим универсальные тестовые прошивки.

Автором предлагается метод независимого функционального контроля базовых элементов ПЛИС. Метод основан на выделении в ПЛИС элементарных функциональных блоков (примитивов). Для каждого типа функциональных блоков создается тестовый модуль таким образом, чтобы все базовые блоки ПЛИС контролировались без взаимосвязи друг с другом или, в случае невозможности избежать влияния одного класса блоков на другой, можно однозначно сказать, какой из блоков отказал - тестируемый или влияющий. Кроме того должна быть возможность оценки деградации временных характеристик основных элементов, определяющих скоростные параметры ПЛИС. Методика оценки временных параметров строится на интегральном принципе, а именно - оценке суммарной деградации параметра нескольких однотипных блоков. При использовании такого подхода увеличивается точность оценки, и уменьшаются требования к измерительной аппаратуре.

Метод независимого функционального контроля базовых элементов ПЛИС обладает

следующими достоинствами: универсальность, полнота тестирования, скорость проведения теста, учет вида радиационного воздействия и характерных эффектов.

Регулярность структуры ПЛИС, схожая архитектура в рамках одного класса или семейства ПЛИС и большое количество однотипных элементов позволяет создать библиотеку тестовых блоков, сформированных таким образом, что в каждом блоке задействован только один тип базовых элементов.

Создание такой библиотеки на языке VIЮЬ позволяет обеспечить переносимость функциональных блоков как на ПЛИС внутри одного семейства, так и на ПЛИС других семейств и даже производителей. Раздельное тестирование обеспечивает достоверное определение отказавшего блока, а также гибкость при формировании состава и объема функционального контроля в зависимости от доступных ресурсов ПЛИС.

В третьей главе содержатся результаты экспериментальной апробации методики, основанной на методе независимого функционального контроля базовых блоков ПЛИС. Приведено сравнение предложенной методики с другими, применяемыми зарубежными и отечественными исследователями. Показана эффективность методики для достоверного определения уровня функционального отказа. Приведены закономерности отказов ПЛИС различных классов и производителей.

Дм оценки эффективности методов функционального контроля были проведены сравнительные испытания ПЛИС с двумя типами прошивок. В качестве тестовых объектов выступали три ПЛИС: ЕРР10К50 относится к классу РРОА и АХ250 - к классу Ап^Шбс, АЗРЕбООЬ - к классу СРЫЭ.

В качестве универсальной тестовой прошивки использовалась схема многоразрядного счетчика/делителя частоты, обладающая следующими достоинствами: простота реализации, возможность задействовать до 100% логических ячеек, минимум требований к ап-" паратуре функционального контроля (фактически необходим только осциллограф и генератор опорной частоты). В то же время, такая прошивка имеет существенные недостатки: невозможность выявления оказавшего блока, низкое покрытие по типам тестируемых блоков, что может привести к неверному определению момента функционального отказа.

В таблице 1 приведено сравнение уровней стойкости выделенных базовых блоков для трех исследуемых ПЛИС. У всех трех объектов был зафиксирован функциональный отказ. Рассмотрим подробнее структуру функционального отказа. У ПЛИС ЕРР10К50 наименее стойким блоком оказалась блочная память, в которой произошел функциональный сбой, характеризуемый "залипанием" всех ячеек памяти (рисунок 1). Далее наблюдался отказ за-

11

поминающих элементов логической ячейки, связанный с деградацией динамических параметров триггера и проявившийся в увеличении более чем на 10% времени его переключения (рисунок 2). Все остальные функциональные тесты не показали отказов, в том числе функциональный контроль по упрощенной методике.

При тестировании ПЛИС АХ250 в течение всего времени облучения все параметры, включая ток потребления схемы, находились в пределах установленных норм, что говорит о еще большей важности функционального контроля. Из всего набора функциональных тестов только ФК Р1Х обнаружил отказ, при этом упрощенная прошивка не позволила бы его выявить.

Таблица 1 Результаты сравнения уровней стойкости контролируемых блоков трех иссле-

дуемых ПЛИС: EPF10K50, АХ250 и A3PE600L на стойкость к эффектам накопленной дозы

EPF10K50 АХ250 A3PE600L

■ о. л ■ 1 л

ч и гп О м СП о Pt Счетчик( упрс щенный ФК) Сдвиговый [ регистр Триггер а 1 Й а S [блочная памя! | ч V гп О Я СП О »=! Счетчик( упрс щенный ФК1 Блочная памя! PLL Триггер ч а> гп о а СП о Ч Счетчик( упрс щенный ФК) Блочная памя- Flash ROM Триггер PLL Умножитель

24 + + + + + 200 + + + + 48 + + + + + +

28 + + + + - 220 + + - + 50 + + - + + +

32 + + + + - 240 + + - + 54 + - - + + +

36 + + - + - 260 + + - + 56 + - - + + +

40 + + - + - 300 + + - + 60 - - - - + -

'44 + + - + - 340 + + - + 85

У ПЛИС A3PE600L функциональный отказ определялся отказом пользовательской flash памяти, затем отказала блочная память ОЗУ, многоразрядный счетчик и умножитель. Блок PLL отказал значительно позже.

Таким образом, на этих примерах показана эффективность метода независимого функционального контроля по сравнению с упрощенным ФК и недопустимость использования упрощенной прошивки при проведении функционального контроля ПЛИС в процессе испытаний на стойкость к дозовому воздействию факторов космического пространства.

процент сбоев

99 75 55 И 15

25-10 30-10 35-10 Доза, ед

Рисунок 1 График зависимости доли отказавших ячеек блочной памяти ПЛИС ЕР110ЕС50 от накопленной дозы

Мс, 5.9

5.5

5,1

4,7

0 10-Ю3 20-Ю3 30-Ю3 Д03а. «Д

Рисунок 2 График зависимости времени переключения триггера ПЛИС ЕР110К50 от накопленной дозы

Четвертая глава посвящена расчетно-экспериментальному методу оценки сечения одиночных событий функционального сбоя устройства, реализованного в ПЛИС. Представлена методика экспериментальной оценки сечения одиночных сбоев ПЛИС. На основании файлов прошивки ПЛИС и данных по структуре ПЛИС рассчитывается количество ячеек конфигурационной памяти, сбои в которых приводят к функциональным сбоям реализованного в ПЛИС устройства.

Одиночные сбои в ПЛИС имеют свою специфику. Кроме сбоев в пользовательских областях памяти, большое значение имеют сбои в конфигурационной памяти, которые могут привести к полному нарушению функционирования устройства. При построении устройства, как правило, доступно несколько вариантов реализации функций, в том числе и с применением схем резервирования, кодирования и других способов защиты от сбоев. Использование таких методов позволит снизить количество ячеек конфигурационной памяти, сбои в которых приведут к нарушению функционирования всего устройства. Таким образом, можно оптимизировать схему по параметру сечение одиночного эффекта функционального отказа устройства, реализованного в ПЛИС(ЗЮТ). Все некритичные сбои в ячейках конфигурационной памяти исправляются стандартными средствами с использованием методики частичного реконфигурирования без прерывания работы схемы.

Проведение испытаний каждой реализации устройства на реальных установках невозможно по причине высокой стоимости самих испытаний и больших временных затрат на подготовку и проведение испытаний. Для уменьшения затрат на оценку параметра се-

чения одиночного эффекта функционального отказа устройства, реализованного в ПЛИС предлагается расчетно-экспериментальный метод, основанный на экспериментальной оценке сечения одиночных сбоев ячейки конфигурационной памяти и расчетной оценке количества ячеек конфигурационной памяти, сбои в которых приведут к нарушению функционирования устройства.

Экспериментальная оценка сечения одиночных сбоев конфигурационной памяти производится по стандартной методике: облучение ПЛИС пучком ОЯЧ на моделирующей установке, считывание прошивки ПЛИС через JTAG порт или другими средствами, подсчет количества сбившихся ячеек и расчет сечения одиночных сбоев в ячейке конфигурационной памяти. Этот параметр оценивается один раз и не зависит от функции, которая реализована в устройстве.

Расчетная часть основана на использовании специализированного программного обеспечения (ПО). Входными данными для ПО являются файл размещения проекта на кристалле (bit-файл, xdl-файл или аналогичные, получаемые в результате работы САПР производителя), модель конфигурационного логического блока, включающая базу данных по количеству ячеек конфигурационной памяти, связанных с конкретным ресурсом, и базу данных взаимовлияющих межсоединений. На основе этих данных производится оценка количества ячеек конфигурационной памяти, сбои в которых приведут к нарушению функционирования устройства. Зная количество критичных ячеек и сечение одиночных сбоев ячейки конфигурационной памяти, рассчитывается сечение одиночного эффекта функционального отказа устройства, реализованного в IUMC(SEFI).

В случае отсутствия информации о внутреннем строении ПЛИС применяется вторая методика, заключающаяся в последовательном внесении "сбоя" в каждую ячейку конфигурационной памяти и контроле последствий, вызванных таким "сбоем". В качестве исходных данных используется файл с конфигурационной информацией, записываемой в ПЛИС в стандартном формате САПР производителя ( .bit файл для ПЛИС Xilinx, .sof или .hex для ПЛИС Altera).

Алгоритм последовательном внесении "сбоя" реализуется в виде специализированного программного обеспечения и стандартной схемы загрузки конфигурационной информации в ПЛИС при помощи загрузочного кабеля или в виде аппаратного блока на микроконтроллере, производящего модификацию конфигурационного потока непосредственно в процессе конфигурирования.

Применение такого метода позволит сократить объем экспериментальных исследований и ускорить процесс разработки сбоеустойчивых устройств.

Пятая глава посвящена разработке аппаратно-программных средств функционального и параметрического кош-роля ПЛИС при проведении радиационных испытаний. Обоснован выбор аппаратной платформы на базе оборудования National Instruments. Приведен состав системы функционального контроля исходя из сформулированных требований. Описано разработанное в базисе LabView программное обеспечение и набор библиотечных модулей для проведения функционального и параметрического контроля ПЛИС.

Для технического обеспечения проведения испытаний и с учетом сформулированных требований было предложено развитие существующих средств функционального контроля. Аппаратно-программный комплекс функционального контроля ПЛИС строится на базе оборудования фирмы National Instruments (N1) с использованием программного обеспечения LabView. Отличительной особенностью данной системы является ее универсальность, широкая распространенность, возможность интеграции и управления электронной аппаратурой других производителей, удобный интерфейс создания программы управления, широкий спектр аппаратных возможностей.

Программное обеспечение для организации испытаний ПЛИС строится по модульному принципу как со стороны программного обеспечения оператора, так и со стороны тестовой прошивки ПЛИС. Программное обеспечение со стороны оператора должно обеспечивать выполнение функций параметрического и функционального контроля, а также управлять и вести протокол хода эксперимента.

Возможность создания виртуальных приборов позволяет строить универсальные блоки для управления и сбора информации для каждого примитива ПЛИС. Используя универсальность коммутационной платы и возможность назначения входов/выходов ПЛИС на любой вывод микросхемы, строится универсальный блок параметрического контроля.

Для функционального контроля каждого типа примитивов разработан виртуальный подприбор, реализующий соответствующий алгоритм тестирования с учетом типа примитива и радиационного воздействия. После анализа архитектуры исследуемой ПЛИС в соответствии с выделенными базовыми функциональными блоками формируется единый виртуальный подприбор функционального контроля ПЛИС, который интегрируется в универсальную пользовательскую оболочку.

Кроме пользовательского программного обеспечения, для осуществления функционального контроля ПЛИС требуется сформировать соответствующую тестовую прошивку.

15

Она также строится по блочному принципу путем компиляции прошивки из библиотеки тестовых блоков в соответствии с доступными ресурсами ПЛИС.

Заключение обобщает основные теоретические и практические результаты диссертации.

Основные научные результаты диссертации заключаются в следующем:

Решена поставленная задача разработки методов и средств прогнозирования стойкости ПЛИС к воздействию радиационных факторов космического пространства.

1. Выявлены, описаны и систематизированы преобладающие типы функциональных отказов ПЛИС при воздействии радиационных факторов космического пространства.

2. Предложен метод независимого функционального контроля базовых блоков ПЛИС, позволяющий определить момент функционального отказа ПЛИС и отказавший блок, а также сократить не менее чем в полтора-два раза временные и трудозатраты при подготовке и проведении радиационных испытаний за счет создания универсальной библиотеки тестовых прошивок ПЛИС и соответствующих им внешних тестовых блоков. Временные затраты сводятся к анализу доступных ресурсов ПЛИС и набору соответствующих тестовых блоков.

3. Предложен расчетно-экспериментальный метод оценки сечения функциональных сбоев устройств, реализованных в ПЛИС. Метод позволяет сократить объем экспериментальных исследований при оценке сечения функционального отказа устройства, реализованного в ПЛИС и оптимизировать функциональную реализацию устройства.

Основной практический результат диссертации заключается в разработке методических и технических средств, обеспечивающих ФК ПЛИС при проведении радиационных исследований на моделирующих установках и имитаторах при оценке параметров стойкости к факторам космического пространства (эффекты накопленной дозы и эффекты от воздействия отдельных ядерных частиц).

Частные практические результаты работы и их реализация:

1. Разработана библиотека тестовых блоков базовых элементов ПЛИС, применяемая для формирования тестовой прошивки с учетом доступных ресурсов ПЛИС, позволяющая достоверно оценивать уровень радиационной стойкости ПЛИС к эффектам накопленной дозы с указанием базового блока, определяющего уровень функционального отказа.

2. Предложена и апробирована методика функционального контроля ПЛИС, включающая ФК всех базовых примитивов ПЛИС с измерением основных динамических параметров, таких как время переключения триггера.

3. С использованием разработанных методик проведепы экспериментальные исследования стойкости к воздействию радиационных факторов космического пространства ПЛИС отечественного и иностранного производства (Xilinx, Altera, Actcl, Lattice Semiconductor, ОАО " Конструкторско-технологический центр Электроника").

4. Результаты диссертации внедрены в ОАО "Конструкторско-технологический центр Электроника" при выполнении ОКР по созданию первых отечественных ПЛИС ("Вельс" и "Геотермист") при обеспечении соответствия требованиям ТЗ по радиационной стойкости.

5. Аппаратно-программный комплекс ФК ПЛИС на основе которого разработана и утверждена в качестве базовой, методика функционального контроля ПЛИС внедрены в ОАО "ЭНПО СПЭЛС" при проведении исследований ПЛИС на моделирующих установках и имитаторах.

6. Результаты исследований вошли в отчетные материалы работ по проектированию космической аппаратуры систем МКС, "Глонасс", "Ресурс-ГГ, "Лиана", "Персона", "БелКА", "KazSat-2", "Луч-5Б".

В результате работы над диссертацией поставленные цели достигнуты.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Бобровский, Д.В. Радиационная стойкость микропроцессоров семейства "МЦСТ-R" / Д.В. Бобровский, B.C. Волин, O.A. Калашников, П.В. Некрасов, Ю.С. Рябцев // Вопросы радиоэлектроники, сер. ЭВТ. - М.: ОАО "ЦНШГЭлектроника", 2010.- С.102-113

2. Артамонов A.C. Моделирование эффектов воздействия радиации на пьезорезистивные датчики механических величин / A.C. Артамонов, Д.В. Бобровский, Д.В. Бойченко, A.A. Демидов, А.Ю. Никифоров, O.A. Калашников, В.А. Полунин, А.И. Шереметьев //Датчики и Системы,- 2010. -№3,- С23-27

3. Бобровский, Д.В Исследование дозовых радиационных эффектов ПЛИС Xilinx / Д.В. Бобровский, O.A. Калашников // Радиационная стойкость электронных систем - Стой-кость-2007 Научно-технический сб. - М.:МИФИ, 2007,- С.203-205.

4. Бобровский, Д.В. Оценка радиационной стойкости микросхем Altera / Д.В. Бобровский //Научная сессия МИФИ-2007. Сб. научных трудов. Т1. - М.:МИФИ, 2007,- С.150-151.

5. Бобровский, Д.В. Оценка радиационной стойкости ПЛИС ф. Xilinx / Д.В. Бобровский //Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научных трудов.- М.-.МИФИ, 2007. - С.268-271.

6. Бобровский, Д.В. Исследование радиационной стойкости ПЛИС семейства SPARTAN2 и конфигурационных ПЗУ семейства XC18V/ Д.В. Бобровский // Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость - 2008 Научно-технический сб. - М.:МИФИ, 2008.- С.71-72.

7. Бобровский, Д.В. Методы оценки сечения одиночных сбоев устройств на базе ПЛИС / Д.В. Бобровский // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научных трудов.-М.-.МИФИ, 2008. - С.199-203.

8. Бобровский, Д.В. Оценка чувствительности ПЛИС Xilinx к воздействию отдельных ядерных частиц /Д.В. Бобровский // Научная сессия МИФИ-2009. Сб. научных трудов. TII. - М.:НИЯУ МИФИ, 2009,- С. 112-114

9. Бобровский, Д.В. Экспериментальная оценка сечения одиночных сбоев ПЛИС XCV300 при воздействии отдельных ядерных частиц /Д.В. Бобровский // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научных трудов.- М.:МИФИ, 2009. - С.287-293.

10. Бобровский, Д.В. Оценка радиационной стойкости однократно программируемых ПЛИС ф. Actel семейства Axcelerator /Д.В. Бобровский // Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость - 2009 Научно-технический сб. - М.:МИФИ, 2009.- С.25-26.

11. Бобровский, Д.В. Методика тестирования функциональных узлов ПЛИС при оценке радиационной стойкости / Д.В. Бобровский, П.В. Некрасов // Научная сессия МИФИ-2009. Сб. научных трудов. TI. - М.:НИЯУ МИФИ, 2010,- С. 153-156

12. Ахметов, А.О. Оценка надежности методов функционального контроля микропроцессорных СБИС / А.О. Ахметов, Д.В. Бобровский, O.A. Калашников, П.В. Некрасов // Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость - 2010 Научно-технический сб. -М.:НИЯУ МИФИ, 2010,-С.161-162.

13. Ахметов, А.О. Оценка радиационной стойкости ПЛИС ЕРР10К50ф. Altera с использованием методики независимого функционального контроля / А.О. Ахметов, Д.В. Бобровский, O.A. Калашников, П.В. Некрасов // Радиационная стойкость электронных систем -Стойкость - 2010 Научно-технический сб. - М.-.НИЯУ МИФИ, 2010,-С.31-32.

14. Ахметов, А.О. Система контроля работоспособности функционально сложных интегральных микросхем при проведении радиационных исследований/ А.О. Ахметов, Д.В. Бобровский, П.В. Некрасов // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научных трудов.- М.:НИЯУ МИФИ, 2010. -С.258-265.

Бобровский Дмитрий Владимирович Методы и средства прогнозирования стойкости ПЛИС к воздействию радиационных факторов космического пространства.

Автореф. дисс. на соискание учёной степени кандидата тех. наук.

Подписано в печать 12.09.2011 г. Заказ № 5883 Тираж: 100 экз.

Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Введение. Общая характеристика работы.

Глава 1. Обзор современных классов ПЛИС. Радиационные эффекты, возникающие в ПЛИС.

§ 1. Современные классы ПЛИС.

§ 2. Радиационные эффекты в ПЛИС при воздействии факторов космического пространства.

§ 2.1 Дозовые радиационные эффекты в ПЛИС.

§ 2.1.1 Дозовые радиационные эффекты в ПЛИС типа БРвА.

§ 2.1.2 Дозовые радиационные эффекты в ПЛИС типа СРЬБ.

§ 2.1.3 Дозовые радиационные эффекты в ПЛИС типа АпйАке.

§ 2.2 Эффекты в ПЛИС от отдельных ядерных частиц.

Выводы.

Глава 2. Методы и средства радиационных испытаний ПЛИС.

§ 1 Средств радиационных испытаний ПЛИС к дозовым и одиночным эффектам.

§ 2 Методы функционального контроля при проведении радиационных. экспериментов. Сравнение методов тестирования.

§ 3 Метод "Независимого функционального контроля базовых элементов ПЛИС" при испытаниях стойкость к дозовым радиационным эффектам.

§ 4 Универсальные структуры для тестирования элементарных блоков ПЛИС при реализации метода независимого функционального контроля.

Выводы.

Глава 3. Экспериментальная оценка эффективности метода независимого функционального контроля ПЛИС.

§ 1 Объекты сравнительного исследования.

§ 2 Состав прошивки при сравнительном исследовании.

§ 3 Результаты сравнительного исследования.

§ 4 Результаты экспериментальных исследований ПЛИС различных классов.

Выводы.

Глава 4. Метод оценки сечения одиночных событий функционального отказа ПЛИС при воздействии ОЯЧ.

Выводы.

Глава 5. Аппаратно-программный комплекс для проведения радиационных исследований ПЛИС.

§ 1 Требования к комплексам для тестирования ПЛИС.

§ 2 Аппаратные комплексы тестирования ПЛИС.

§ 2.1 Промышленные комплексы ФК СБИС.

§ 2.2 Универсальное устройство ФК при проведении радиационных испытаний.

§ 2.3 Универсальная система функционального контроля на аппаратной платформе National Instruments.

§ ЗПринципы построения программного обеспечения для тестирования ПЛИС.

Выводы.

Диссертация направлена на решение научно-технической задачи разработки методов и средств прогнозирования стойкости ПЛИС (Программируемая логическая интегральная схема) к воздействию радиационных факторов космического пространства (эффекты накопленной дозы и одиночные эффекты от воздействия отдельных ядерных частиц).

Актуальность темы диссертации

Космические аппараты в процессе эксплуатации подвергаются воздействию различных внешних факторов, в том числе - радиационных. С увеличением срока активного существования космического аппарата на орбите возрастает роль радиационных отказов интегральных схем, входящих в его состав.

На современном этапе развития электроники в области работы с информацией приоритет отдается цифровым схемам. Это связано со следующими преимуществами:

1) Программируемость, возможность выполнения различных задач в зависимости от загруженной программы. Изменение выполняемых функций во время работы системы, гибкость.

2) Стабильность работы, независимость результатов обработки данных от температуры (в допустимых пределах), старения. Повторяемость работы цифровых устройств, в отличие от аналоговых, где на работу схемы влияют допуски компонентов.

3) Большое разнообразие алгоритмов обработки цифровой информации (фильтры, преобразования, совмещения и т.д.).

Технические и эксплуатационные характеристики перспективных систем управления и контроля во многом обусловлены техническим уровнем входящих в их состав ПЛИС - электронных узлов, в базисе которых реализуется большинство интерфейсных контроллеров, участвующих в передаче и обработке информации на борту космического аппарата между процессорными модулями. Кроме того повышение логической емкости ПЛИС в настоящее время позволяет реализовывать на одном кристалле десятки процессорных ядер или микроконтроллеров. При этом возможна оптимизация процессора или микроконтроллера по выполняемым командам, что позволяет сократить потребляемую мощность и повысить тактовую частоту по сравнению с типовыми микроконтроллерами.

В связи с этим актуальной является задача прогнозирования радиационной стойкости ПЛИС, работающих в условиях внешних радиационных факторов космического пространства.

Дозовые радиационные эффекты в ПЛИС, как и в других классах ИС, проявляются как сбои и отказы, которые следует разделять на два вида: параметрические и функциональные. К параметрическим относятся отказы, связанные с изменением характеристик транзисторов в составе ИС, приводящих к изменениям в макропараметрах самой ИС, таких как напряжения входных и выходных логический уровней, статический и динамический токи потребления, временные параметры (время переключения триггера, задержки распространения сигнала). К функциональным сбоям и отказам относят такие события, которые влияют или потенциально могут повлиять на работу отдельного функционального блока или устройства в целом.

В настоящее время преобладает мнение, что доминирующими радиационными эффектами в СБИС являются параметрические отказы, которые определяются высокой степенью интеграции и, следовательно, значительным интегральным вкладом в характеристики СБИС даже небольших изменений характеристик базового элемента (транзистора). Из этой предпосылки следует выбор критериальных параметров, определяющих стойкость СБИС -статического и динамического токов потребления. На контроле этих параметров базируется большинство существующих методик радиационных экспериментов. Такие методики предполагают также проведение упрощенного ФК, характеризующегося низкой вероятностью обнаружения функциональных отказов.

Задачи параметрического контроля ПЛИС, как правило, не являются специфическими - измерение статических и динамических токов потребления, входных и выходных напряжений логических уровней и т.д. выполняется теми же методами и техническими средствами, что и для других классов микросхем. В то же время, функциональный контроль (ФК) представляет собой сложную специфическую задачу, определяющую трудоемкость подготовки испытаний. Это связано с большим количеством ресурсов ПЛИС и их разнообразием (LUT, триггеры, блочная память мультиплексоры и т.д.), а также их взаимосвязью между собой посредством программируемых межсоединений.

Однако большое количество проведенных автором радиационных испытаний ПЛИС показывает, что во многих случаях именно функциональные отказы являются доминирующими и определяют уровень радиационной стойкости ПЛИС. Это связано с функциональной сложностью микросхем и разнообразием блоков, входящих в её состав. Поэтому методики радиационных испытаний ПЛИС должны в обязательном порядке включать развернутые процедуры ФК, обладающие высокой диагностической способностью. Полный функциональный контроль всех логических элементов, входящих в состав ПЛИС, требует огромных временных затрат как на подготовку тестовых прошивок, так и на проведение эксперимента. Подготовка тестовых векторов, обеспечивающих полный функциональный контроль, может занимать несколько месяцев, а сам функциональный контроль - минуты. Кроме того, время облучения должно более чем на порядок превышать время полного цикла тестирования, это определяется, во-первых, 10% погрешностью определения уровня функционального сбоя, во-вторых, отжигом микросхемы во время измерения параметров без воздействия. [45].В условиях ограниченного времени подготовки эксперимента, ограниченного количества образцов и с учетом соотношения времен проведения функционального контроля и облучения не представляется возможным применение метода полного функционального контроля всех логических элементов, входящих в состав ПЛИС. Упрощенные методы функционального контроля не позволяют достоверно определить' отказавший блок из-за ограниченности покрытия тестов по функциональным блокам и их взаимного влияния. Универсальные прошивки, включающие в свой состав различные функциональные блоки ПЛИС, позволяют достоверно определить момент функционального отказа, но не позволяют определить, какой именно блок отказал.

В связи с этим актуальной является задача сокращения, как времени подготовки ФК ПЛИС, так и времени проведения процедуры ФК без потери достоверности обнаружения функциональных отказов. Решение этой задачи основывается на исследовании закономерностей радиационного поведения ПЛИС, анализе архитектурных особенностей ПЛИС, разработке эффективных методов, алгоритмов, методик и аппаратно-программных средств ФК при проведении радиационного эксперимента.

Регулярность структуры ПЛИС и сходное архитектурное строение ПЛИС одного класса позволяет построить библиотеку тестовых блоков для осуществления функционального контроля всех примитивов ПЛИС. Разработка средств и методов ФК предполагает индивидуальный подход к процедуре выбора примитивов исходя из доступных ресурсов, и в соответствии с ним - построение тестовой прошивки из библиотечных блоков. Тестовые блоки должны формироваться таким образом, чтобы, во-первых, максимально использовать ресурсы ПЛИС, во-вторых, каждый блок должен тестировать только один тип примитивов, в-третьих, чтобы была возможность измерять динамические параметры примитива. Использование интегрального подхода для измерения динамических параметров, при котором оценивается не деградация отдельного элемента, а суммарная деградация большого количества однотипных элементов, позволяет снизить требования к измерительной аппаратуре и повысить точность измерений.

Ресурсы современных ПЛИС включают в себя миллионы логических вентилей, большие объемы пользовательской памяти и разнообразные периферийные блоки. На базе одного кристалла ПЛИС можно реализовывать несколько процессорных ядер, как на стандартных логических ресурсах, так и с использованием аппаратных процессорных ядер типа Ро\уегРС-405 (ПЛИС У^ех-4 ф. ХШпх). Все это, а также большое разнообразие используемых корпусов и тактовые частоты, достигающие 500 МГц, накладывает ограничения на аппаратуру ФК по количеству линий ввода/вывода и быстродействию. 7

При изучении локальных радиационных эффектов, вызванных воздействием отдельных ядерных частиц, основное внимание уделяется двум: тиристорному эффекту и прерыванию функционирования, связанному с нарушением конфигурации ПЛИС из-за одиночных сбоев в конфигурационной памяти. Как правило, при разработке устройств в базисе ПЛИС не используется 100 % её ресурсов, кроме того существует возможность применения схем резервирования. Следовательно, количество функционально чувствительных ячеек конфигурационной памяти (ячейки, сбои в которых приводят к функциональному отказу устройства) меньше полного её объема, а сечение функционального прерывания становится меньше полного сечения функционального сбоя конфигурационной памяти ПЛИС. Так как в современных ПЛИС типа FPGA сбои в конфигурационной памяти неизбежны и существуют решения, позволяющие с определенной периодичностью восстанавливать конфигурацию без прерывания работы ПЛИС, то важно оценивать именно параметр «сечение функционального прерывания». Одиночное событие функционального прерывания (Single-event Functional Interrupts (SEFI)) - такое нарушение функционирования ПЛИС, для восстановления которого требуется перезагрузка конфигурационной информации.

При разработке устройства возможны десятки вариантов его реализации, различающиеся количеством функционально чувствительных ячеек конфигурационной памяти. Экспериментально проверять каждую реализацию и выбирать оптимальную не представляется возможным, поэтому актуальной является задача разработки расчетно-экспериментального метода оценки сечения функционального отказа ПЛИС, основывающегося на одном эксперименте по оценке сечения одиночных сбоев всей конфигурационной памяти и на расчетной оценке сечения функционального отказа конкретной реализации устройства. Решению указанных задач посвящена диссертационная работа.

Состояние исследований по проблеме.

Научно-методическому обеспечению проведения испытаний СБИС на стойкость к воздействию радиационных космических факторов посвящены работы д.т.н. Чумакова А.И., к.т.н. Яненко А.В. (каф. 3, НИЯУ МИФИ). Вопросы разработки, изготовления и развития ПЛИС для космического применения представлены в трудах Быстрицкого A.B., Цыбина С.А. (КТЦ «Электроника», г. Воронеж). Однако в этих трудах практически не рассматривались методы функционального контроля ПЛИС при проведении радиационных испытаний.

Проектированию систем на кристалле и способам повышения производительности и снижения энергопотребления посвящены многочисленные работы Шагурина И.И., Шалтырева В.А. (каф. 27 НИЯУ МИФИ).

Вопросам диагностического неразрушающего контроля однократно программируемых ПЛИС ф. Actel, основанного на накоплении статистики результатов измерений тока потребления по партиям ПЛИС, посвящены работы Краснова М.И.(ОАО «Российскиекосмические системы»).

Функциональному и параметрическому контролю ПЛИС, а также эффектам, возникающим в ПЛИС при воздействии радиационных факторов, посвящены многочисленные работы зарубежных ученых (BuchananNJ., Gingrich D.M., Green P.W., MacQueen D.M, Fabula J., Wang JJ, Sterpone L., Violante M.).

Вопросам ФК функционально-сложных СБИС посвящены многочисленные работы к.т.н. Калашникова O.A., к.т.н. Некрасова П.В., к.т.н. Демидова A.A. (каф. 3, НИЯУ МИФИ). Эти работы посвящены преимущественно микропроцессорным СБИС и не учитывают особенностей ПЛИС.

Большинство научных работ по теме функционального контроля при проведении испытаний на стойкость к воздействию факторов космического пространства фактически сводятся к описанию результатов тестирования ПЛИС с примитивной тестовой прошивкой и контролем электрических параметров схемы, по результатам которых определяется уровень стойкости. Или же говорится о полном функциональном контроле с использованием данных производителя ПЛИС, недоступных в открытых источниках. В настоящее время нет четкой методики функционального контроля ПЛИС при проведении испытаний на стойкость к воздействию радиационных факторов космического пространства. Не обоснован выбор функциональных блоков для тестирования ПЛИС в процессе проведения радиационного эксперимента.

Имеющиеся на момент начала работы аппаратно-программные средства радиационного эксперимента не обеспечивали возможности полноценного автоматизированного управления, функционального контроля и диагностирования отказов и сбоев ПЛИС в реальном времени непосредственно в процессе облучения.

Таким образом, возникла необходимость структурировать методы функционального контроля ПЛИС, определить оптимальный метод оперативного ФК в процессе испытаний ПЛИС на стойкость к воздействию радиационных факторов космического пространства, разработать методику подготовки и проведения ФК ПЛИС, а также программно-аппаратные средства для контроля современных ПЛИС в условиях воздействия факторов космического пространства.

Цель диссертации: разработка методов и средств прогнозирования стойкости ПЛИС к воздействию радиационных факторов космического пространства.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

- теоретический анализ и экспериментальные исследования основных закономерностей и доминирующих механизмов функциональных отказов ПЛИС при воздействии радиационных факторов космического пространства;

- анализ и развитие существующих методов функционального контроля ПЛИС и оценка их эффективности;

- разработка новых и совершенствование существующих методических и технических средств испытаний ПЛИС на стойкость к воздействию радиационных факторов космического пространства, позволяющих обеспечить достоверность определения работоспособности ПЛИС в условиях радиационного воздействия и выявить отказавший функциональный блок;

- получение и систематизация оригинальных экспериментальных данных, устанавливающих общность радиационного поведения ПЛИС.

- разработка расчетно-экспериментального метода оценки сечения функционального сбоя устройств, реализованных в ПЛИС

Научная новизна работы:

1. Выявлены, описаны и систематизированы преобладающие типы функциональных отказов ПЛИС при воздействии радиационных факторов космического пространства.

2. Предложен метод независимого функционального контроля базовых блоков ПЛИС, позволяющий определить момент функционального отказа ПЛИС и отказавший блок, а также минимизировать временные и трудозатраты при подготовке и проведении радиационных испытаний за счет создания универсальной библиотеки тестовых прошивок ПЛИС и соответствующих им внешних тестовых блоков.

3. Предложен расчетно-экспериментальный метод оценки сечения функциональных сбоев устройств, реализованных в ПЛИС. Метод позволяет сократить объем экспериментальных исследований при оценке сечения функционального отказа устройства, реализованного в ПЛИС и оптимизировать функциональную реализацию устройства.

Практическая ценность.

1. Разработана библиотека тестовых блоков базовых элементов ПЛИС, применяемая для формирования тестовой прошивки с учетом доступных ресурсов ПЛИС, позволяющая достоверно оценивать уровень радиационной стойкости ПЛИС к эффектам накопленной дозы с указанием базового блока, определяющего уровень функционального отказа.

2. В базисе аппаратуры КайопаПпзйпте^з и программного обеспечения ЬаЬУюду разработан аппаратно-программный комплекс, позволяющий, в отличие от имеющихся ранее, выполнять полный функциональный и параметрический контроль базовых блоков современных ПЛИС непосредственно в процессе радиационного эксперимента.

3. С использованием разработанных методик получены результаты экспериментальных исследований стойкости к воздействию радиационных факторов космического пространства широкой номенклатуры ПЛИС отечественного и иностранного производства (Xilinx, Altera, Actel, Lattice Semiconductor, ОАО " Конструкторско-технологический центр Электроника").

4. Результаты диссертации внедрены в ОАО "Конструкторско-технологический центр Электроника" при выполнении ОКР "Вельс" и "Геотермист" по созданию двух первых отечественных программируемых логических интегральных схем.

5. Результаты диссертации внедрены в,ОАО "ЭНПО СПЭЛС" в качестве стандартной процедуры проведения радиационных испытаний ПЛИС, подтверждающейся утвержденной методикой проведения радиационных испытаний ПЛИС.

6. Результаты исследований вошли в отчетные материалы работ по проектированию космической аппаратуры систем МКС, "Глонасс", "Ресурс-П", "Лиана", "Персона", "БелКА", "KazSat-2", "Луч-5Б".

Результаты, выносимые на защиту:

1. Метод независимого функционального контроля базовых блоков ПЛИС, позволяющий определить момент функционального отказа ПЛИС и отказавший блок, а также оптимизировать временные и трудозатраты при подготовке и проведении радиационных испытаний за счет создания универсальной библиотеки тестовых прошивок в ПЛИС и соответствующих им внешних тестовых блоков.

2. Метод расчетно-экспериментальной оценки сечения одиночных функциональных сбоев ПЛИС, позволяющий оценивать сечение без необходимости проведения экспериментальных исследований для каждой реализации устройства.

3. Аппаратно-программный комплекс, отличающийся от ранее имеющихся тем, что обеспечивает полноценный функциональный и параметрический контроль ПЛИС в реальном времени в активных динамических режимах работы непосредственно в процессе радиационного воздействия, а также позволяет управлять различными моделирующими установками и имитаторами.

4. Результаты экспериментальных исследований радиационного поведения

ПЛИС, подтверждающие обоснованность предложенных методических и

12 технических средств прогнозирования функциональных отказов, а именно, метода независимого функционального контроля базовых блоков ПЛИС.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на "Научных сессиях НИЯУ МИФИ" (Москва, 2007-2010 гг.); на Российских научно-технических конференциях "Электроника, микро- и наноэлектроника" (г. Пушкинские Горы 2007 г., г. Петрозаводск 2008 г., г.Н.Новгород 2009 г. ), г

Российской научной конференции "Радиационная стойкость электронных систем - Стойкосмть-2010" г. Лыткарино. Основные результаты диссертации опубликованы в 14 работах (в период с 2007 по 2011 гг.), в том числе 7 без соавторов, 2 из списка ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 118 страниц, в том числе 59 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 76 наименований и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Выводы.

В главе приведен обзор основных аппаратных средств функционального контроля ИС. Обоснован выбор системы функционального контроля на базе платформы National Instruments. На основании сформулированных требований к системе предложена конфигурация оборудования National Instruments в составе:

- Шасси PXI-1033 со встроенным контроллером ExpressCard, для возможности управления системой через ПК типа ноутбук. При этом расстояние от ПК до шасси составляет 7 м, что в большинстве случаев позволяет вывести компьютер в безопасную зону.

- Плата цифро-аналогового ввода/вывода PXI-7841R (96 цифровых линий 40МГц, 8 аналоговых входов, 8 аналоговых выходов).

- Управляемый источник питания PXI-4110 (3 управляемых канала 0.6В, 0.20В, -20.0В).

- Высокоскоростная плата цифрового ввода вывода PXI-6542 (32 цифровых линии, 100 МГц). ¡

- Плата цифрового осциллографа PXI-5114 для контроля , динамических параметров схем. ?,

- Плата цифрового мультиметра PXI-4071 для измерения малых токов потребления, которые нет возможности измерить встроенным в з источник питания измерителем тока.

Разработана структура комплекса с необходимыми коммутационными платами и дополнительными модулями, управляющими работой установок.

Вторая часть главы посвящены программному обеспечению со стороны пользователя, написанному на языке программирования Lab View и прошивке в ПЛИС. Программное обеспечение строится по библиотечному принципу как со стороны пользовательского ПО, так и со стороны прошивки ПЛИС.

После анализа архитектуры ПЛИС выделяются базовые блоки, для которых будет проводиться функциональный контроля. В соответствии с доступными ресурсами ПЛИС из библиотечных блоков формируется тестовая прошивка. Аналогично, со стороны пользовательского программного обеспечения строится виртуальный прибор функционального контроля выбранных базовых блоков.

Подробно рассмотрена процедура параметрического контроля ПЛИС.

Заключение.

Основным результатом диссертации явилось решение научно-технической задачи разработки новых и совершенствование существующих методических и технических средств испытаний ПЛИС на стойкость к воздействию радиационных факторов космического пространства с целью прогнозирования их радиационного поведения в реальных условиях эксплуатации, позволяющих обеспечить достоверность определения работоспособности ПЛИС в условиях радиационного воздействия и выявить отказавший функциональный блок.

В результате проведенного анализа было выявлено отсутствие на момент начала работы над диссертацией четких представлений о структуре и полноте необходимого функционального контроля ПЛИС при проведении радиационных испытаний. Большинство работ по теме сводилось к описанию результатов тестирования ПЛИС с примитивной тестовой прошивкой и контролем электрических параметров схемы, по результатам которых определяется уровень стойкости. Значительный интерес разработчиков космической аппаратуры к ПЛИС как к основе построения систем передачи и цифровой обработки информации и отсутствие данных по радиационной стойкости этого класса схем привел к необходимости разработки научно обоснованных методических и технических средств функционального контроля ПЛИС при оценке их радиационной стойкости к воздействию факторов космического пространства.

Целью диссертации являлась разработка методов и средств прогнозирования стойкости ПЛИС к воздействию радиационных факторов космического пространства.

Основными задачами диссертации являлись:

- теоретический анализ и экспериментальные исследования основных закономерностей и доминирующих механизмов функциональных отказов ПЛИС при воздействии радиационных факторов космического пространства;

- анализ и развитие существующих методов функционального контроля ПЛИС и оценка их эффективности;

- разработка новых и совершенствование существующих методических и технических средств испытаний ПЛИС на стойкость к воздействию радиационных факторов космического пространства, позволяющих обеспечить достоверность определения работоспособности ПЛИС в условиях радиационного воздействия и выявить отказавший функциональный блок; '

- получение и систематизация оригинальных экспериментальных данных, устанавливающих общность радиационного поведения ПЛИС.

- разработка расчетно-экспериментального метода оценки сечения функционального сбоя устройств, реализованных в ПЛИС

Основные научные результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Выявлены, описаны и систематизированы преобладающие типы функциональных отказов ПЛИС при воздействии радиационных факторов космического пространства.

2. Предложен метод независимого функционального контроля базовых блоков ПЛИС, позволяющий определить момент функционального отказа ПЛИС и отказавший блок, а также минимизировать временные и трудозатраты при подготовке и проведении радиационных испытаний за счет создания универсальной библиотеки тестовых прошивок ПЛИС и соответствующих им внешних тестовых блоков.

3. Предложен расчетно-экспериментальный метод оценки сечения функциональных сбоев устройств, реализованных в ПЛИС. Метод позволяет сократить объем экспериментальных исследований при оценке сечения функционального отказа устройства, реализованного в ПЛИС и оптимизировать функциональную реализацию устройства.

Основной практический результат диссертации заключается в разработке методических и технических средств, обеспечивающих ФК ПЛИС при проведении радиационных исследований на моделирующих установках и имитаторах при оценке параметров стойкости к факторам космического пространства (эффекты накопленной дозы и эффекты от воздействия ОЯЧ).

Частные практические результаты работы и их реализация:

1. Разработана библиотека тестовых блоков базовых элементов ПЛИС, применяемая для формирования тестовой прошивки с учетом доступных ресурсов ПЛИС, позволяющая достоверно оценивать уровень радиационной стойкости ПЛИС к эффектам накопленной дозы с указанием базового блока, определяющего уровень функционального отказа.

2. В базисе аппаратуры National Instruments и программного обеспечения LabView разработан аппаратно-программный комплекс, позволяющий, в отличие от имеющихся ранее, выполнять полный функциональный и параметрический контроль базовых блоков современных ПЛИС непосредственно в процессе радиационного эксперимента.

3. С использованием разработанных методик получены результаты экспериментальных исследований стойкости к воздействию радиационных факторов космического пространства широкой номенклатуры ПЛИС отечественного и иностранного производства (Xilinx, Altera, Actel, LatticeSemiconductor, ОАО " Конструкторско-технологический центр Электроника").

4. Результаты диссертации внедрены в ОАО "Конструкторско-технологический центр Электроника" при выполнении ОКР "Вельс" и "Геотермист" по созданию двух первых отечественных программируемых логических интегральных схем.

5. Результаты диссертации внедрены в ОАО "ЭНПО СПЭЛС" в качестве стандартной процедуры проведения радиационных испытаний ПЛИС, подтверждающейся утвержденной методикой проведения радиационных испытаний ПЛИС.

6. Результаты исследований вошли в отчетные материалы работ по проектированию космической аппаратуры систем МКС, "Глонасс", "Ресурс-П", "Лиана", "Персона", "БелКА", "KazSat-2", "Луч-5Б".

Таким образом, в ходе работы над диссертацией достигнута ее основная цель, разработаны методы и средства прогнозирования стойкости ПЛИС к воздействию радиационных факторов космического пространства, а именно, поверхностные радиационные эффекты, связанные с накопленной дозой и одиночные эффекты от воздействия отдельных ядерных частиц.

1. Телец, В. А. ПЛИС для космических применений. Архитектурные и схемотехнические особенности/ В.А.Телец, С.А.Цыбин, А.В. Быстрицкий, С.Б. Подъяпольский//ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес, 2005 — №6.

2. Buchanan, N.J. Total Ionizing Dose Effects in Xilinx FPGA/NJ. Buchanan, D.M. Gingrich, P.W. Green, D.M. MacQueen// Cern ATL-LARG-99-003. 1999. http://cdsweb.cern.ch/record/683789/files/Iarg-99-003.pdf

3. Clark, S.L. TID and SEE testing results of Altera Cyclone field programmable gatearray/ S.L. Clark, K. Avery, R. Parker// 2004 IEEE Radiation Effects Data Workshop, 2004.- P.88- 90.

4. Fabula, J. Total Ionizing Dose Performance of SRAM-based FPGAs and supporting PROMs/ J. Fabula, H.Bogrow//Xilinx, 2000.http://klabs.org/richcontent/MAPLDCon00/Papers/SessionC/C2FabulaP.pdf

5. Wang, J.J. Total ionizing dose test report № 01T-RT54SX32-T6JP04/ J J. Wang//Actel Corporation.- 2001 .-http://actel.eom/documents/01T-RT54SX32-T6JP04.pdf

6. Wang, J.J. Total Dose and SEE of Metal-To-Metal Antifuse FPGA / J.J.Wang //Actel Corporation.- 1999.-http:// actel.com/documents/TotalDoseAntifuse.pdf

7. Wang, J.J. Radiation effects in FPGA's/J.J.Wang//Actel Corporation.- 2004. http://lhc-electronics-workshop.web.cern.ch

8. Wang, J.J. Radiation Tests and Results of a Rad-Tolerant Antifuse FPGA RT54SX/J.J.Wang //RADECS,2000.

9. Бобровский, Д.В. Экспериментальная оценка сечения одиночных сбоев ПЛИС XCV300 при воздействии отдельных ядерных частиц /Д.В. Бобровский // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научных трудов.- М.:МИФИ, 2009. С.287-293.

10. Sterpone, L. A New Analytical Approach to Estimate the Effects of SEUs in TMR Architectures Implemented Through SRAM-Based FPGAs/Sterpone L.,Violante M. //IEEE Transactions on Nuclear Science,2005.- Vol. 52,No. 6.- P.2217-2223

11. Dupont, E. Radiation Results of the SER Test of Actel, Xilinx and Altera FPGA instances/ Dupont, E., O. Lauzeral, R. Gaillard, M. Olmos //Actel Corporation.-2003.- http://www.actel.com/documents/RadResultsIROCreport.pdf

12. AT40KEL040 Reprogrammable SRAM based FPGA Total Dose (TID) and Single Event Effects (SEE) Radiation Test Summary Report//http://www.klabs.org/richcontent/fpgacontent/atmel/at40keltidseesummary.pdf

13. Denes, E. ALICE DDL Radiation Tolerance Tests for the FPGA Configuration Loss/ E. Denes// http://alice-proj-ddl.web.cern.ch

14. Bernardi, P.On the evaluation of SEU sensitiveness in SRAM-based FPGAs/P.Bernardi, M.SonzaReorda, L.Sterpone, M. Violante//10th IEEE International On-Line Testing Symposium, 2004

15. Абросимов, H.K. Ускорительный комплекс ПИЯФ: испытания ЭКБ/ Н.К.Абросимов,А.С. Воробьев, Е.М. Иванов// Петербургский журнал электроники, 2009. №, 1. - С.31-43.

16. Бобровский, Д.В. Радиационная стойкость микропроцессоров семейства "МЦСТ-R" / Д.В. Бобровский, B.C. Волин, О.А. Калашников, П.В. Некрасов, Ю.С. Рябцев // Вопросы радиоэлектроники, сер. ЭВТ. М.: ОАО "ЦНИИ"Электроника", 2010.- С.102-113

17. Чумаков, А.И. Сканирующий лазерный комплекс ПИКО-3 для моделирования ионизационных эффектов в ИС/ А.И. Чумаков, А.Н. Егоров, О.Б. Маврицкий,

18. А.А. Печенкин, А.В. Яненко// Радиационная стойкость электронных систем -Стойкость-2009. Научно-технический сборник. М.: МИФИ, 2009. - Cl 81182.

19. Бобровский, Д.В. Методика тестирования функциональных узлов ПЛИС при оценке радиационной стойкости / Д.В. Бобровский, П.В. Некрасов // Научная сессия МИФИ-2009. Сб. научных трудов. TI. М.:НИЯУ МИФИ, 2010.- С. 153-156

20. MacQueen, D. M. Total Ionizing Dose Effects in a SRAM-Based FPGA/D.M.MacQueen, D.M.Gingrich, N.J.Buchanan// Radiation Effects Data Workshop, 1999.-P. 24

21. Бобровский, Д.В. Методы оценки сечения одиночных сбоев устройств на базе ПЛИС / Д.В. Бобровский // Электроника, микро- и наноэлекгроника. Сб. научных трудов.- М.:МИФИ, 2008. С.199-203.

22. Демидов, А.А. Функциональный контроль микропроцессоров при проведении радиационных испытаний/ А.А. Демидов, О.А. Калашников, П.В. Некрасов// Приборы и техника эксперимента, 2009. №2. - С.48-52.

23. Бобровский, Д.В Исследование дозовых радиационных эффектов ПЛИС Xilinx / Д.В. Бобровский, О.А. Калашников // Радиационная стойкость электронных систем Стойкость-2007 Научно-технический сб. - М.:МИФИ, 2007,- С.203-205.

24. Бобровский, Д.В. Оценка радиационной стойкости микросхем Altéra / Д.В. Бобровский // Научная сессия МИФИ-2007. Сб. научных трудов. Т1. -М.:МИФИ, 2007.- С. 150-151.

25. Бобровский, Д.В. Исследование радиационной стойкости ПЛИС семейства SPARTAN2 и конфигурационных ПЗУ семейства XC18V/ Д.В. Бобровский // Радиационная стойкость электронных систем Стойкость - 2008 Научно-технический сб. - М.гМИФИ, 2008.- С.71-72.

26. Бобровский, Д.В. Оценка чувствительности ПЛИС Xilinx к воздействию отдельных ядерных частиц /Д.В. Бобровский // Научная сессия МИФИ-2009. Сб. научных трудов. TII. М.:НИЯУ МИФИ, 2009.- С. 112-114

27. Бобровский, Д.В. Оценка радиационной стойкости однократно программируемых ПЛИС ф. Actel семейства Accelerator /Д.В. Бобровский // Радиационная стойкость электронных систем Стойкость - 2009 Научно-технический сб. - М.:МИФИ, 2009.- С.25-26.

28. Никифоров, А.Ю. Экстремальная электроника. Текст лекций: Учебное пособие/П.К. Скоробогатов, А.И. Чумаков, A.B. Яненко//М.: МИФИ, 2009. -169 с.

29. Некрасов, П.В. Методы и средства прогнозирования радиационной стойкости микропроцессорных СБИС: Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук/ П.В. Некрасов. М., 2010. - 120 с.

30. Лебедев, A.B. Методы и аппаратно-программные средства функционального тестирования СБИС микроконтроллеров при проведении радиационных испытаний на дозовые воздействия: диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук/ A.B.Лебедев.-М.,2009.-158

31. Краснов, М.И. Алгоритмы и устройства контроля сверхбольших интегральных схем для радиоаппаратуры: диссертация на соискание ученой степени канд.техн. наук/М.И. Краснов.-М.,2010— 114.

32. Шалтырев, В. А. Средства и методы повышения производительности и снижения энергопотребления систем на кристалле, реализуемых на базе программируемых логических интегральных схем/ В.А. Шалтырев-М.,2009-149.

33. Цыбин, С.А. Интерфейсная ПЛИС повышенной надежности/ С.А.Цыбин, А.В.Быстрицкий// ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес, 2006 №7-С.60-65

34. Быстрицкий, А.В.Выбор схемотехники при проектировании ПЛИС/ А.В.Быстрицкий, С.А.Цыбин, С.А.Акулинин//Микроэлектроника и информатика,- М.:МГИЭТ, 2004.- С.1 02.

35. Быстрицкий, A.B. Тестирование межсоединений в кластерных ПЛИС/ А.В.Быстрицкий, С.А.Цыбин, С.А.Акулинин// Микроэлектроника и информатика.- М.:МГИЭТ, 2004 С.103.

36. Некрасов, П.В. Выбор интервалов облучения интегральных схем при дозовом воздействии/ П.В. Некрасов// Радиационная стойкость электронных систем -Стойкость 2009 Научно-технический сб. - М.:НИЯУ МИФИ, 2009.- С.229-231.

37. Чумаков, А.И. Действие космической радиации на интегральные схемы/А.И. Чумаков//.-М.: Радио и связь, 2004.

38. Никифоров, А.Ю. Радиационные эффекты в КМОП ИС/ А.Ю. Никифоров, В.А. Телец, А.И. Чумаков// М.: Радио и связь, 1994

39. Першенков, B.C. Поверхностные радиационные эффекты в элементах .интегральных микросхем/ B.C. Першенков, В.Д. Попов, A.B. Шальнов//М.: Энергоатомиздат, 1988

40. Samudrala, Р. К. Selective Triple Modular Redundancy (STMR) Based Single Event Upset (SEU) Tolerant Synthesis for FPGAs/ P. K. Samudrala, J. Ramos, S. Katkoori// IEEE Transactions on Nuclear Science,2004- Vol. 51, No. 5.

41. Katz, R, Radiation Effects on Current Field Programmable Technologies/ R.Katz, K. LaBel, J. J. Wang, B. Cronquist, R. Koga, S. Penzin, G. Swift// IEEE Transaction on Nuclear Science, 1997.-Vol. 44, No. 6.-P. 1945-1956.

42. Bellato, M. Ion BeamTesting of SRAM-Based FPGA's/ M. Bellato, M. Ceschia, M. Menichelli, A. Papi, J. Wyss, A. Paccagnella// IEEE Radiation Effects Data Workshop, 2002.

43. Rose, J. Architecture of Field-Programmable Gate Arrays/ J. Rose, A. El Gamal, A. Sangiovanni-Vincetelli// IEEE Proceedings, 1993 .-Vol. 81, No. 7.-P.1013-1029

44. Ceschia, M. Ion Beam Testing of ALTERA APEX FPGAs/ M. Ceschia, A. Paccagnella, S. -C. Lee, C. Wan, M. Bellato, M. Menichelli, A. Papi, A. Kaminski, J. Wyss// NSREC 2002 Radiation Effects Data Workshop Record,2002

45. Bernardi, P. On the Evaluation of SEUs Sensitiveness in SRAM-Based FPGAs/ P. Bernardi, M. Sonza Reorda, L. Sterpone, M. Violante// IEEE 10th On-Line Testing Symposium, 2004 P. 115-120

46. TMR Tool User Guide// Xilinx User Guide UG156, 2004.

47. Wang, J. J. SRAM Based Re-programmable FPGA for Space Applications/ X. I. Wang, R. B. Katz, X. S. Sun, B. E. Cronquist, J. L. McCollum, T. M. Speers, W. G. Plants// IEEE Transaction on nuclear science, 1999.-Vol 46, No 6.

48. Stapor, W.J.Single-Event Effects Qualification/W.J. Stapor//IEEE NSREC95 Short Course, 1995.-P. 1-68

49. Lintz, J: Single Event Effects Radiation Test Report for the RHrFPGÄ Radiation-Hardened Field Programmable Gate Array/J.Lintz// http://radhome.gsfc.nasa.gov

50. Lintz, J. Proton Single Event Effects Radiation Test. Report for the RHrFPGA Radiation-Hardened Field! Programmable Gate Array/X.Lintz// http://radhome.gsfc.nasa.gov

51. Ma, T. Ionizing Radiation Effects, in MOS Devices and Circuits/ T. Ma, P. Dressendorfer//New York:^Wiley Eds, 1989:

52. Allen G.R. Single Events Effects; Test Results for Advanced Field Programmable Gate Arrays/ G.R. Allen, G.M; Swift// IEEE Radiation Effects Data Workshop, 2006

53. Nicolaidis, M. Soft Errors in Modern Electronic Systems/Nicolaidis, M. //Springer, 2010

54. Clark, S. L. Tid and see testing results of altera cyclone field programmable gate array/ S. L. Clark, K. Avery, R. Parker// IEEE Radiation Effects Data Workshop, 2004.-P.88 90.

55. Sanders, A. Heavy Ion Latch-up Test Results for the Altera Stratix FPGA EP1S25/ A. Sanders, K. LaBel, C. Poivey//http://radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/papers/T122004AlteraEP 1S25. pdf

56. Petrick, D. Virtex -II Pro SEE Test Methods and Results/D. Petrick, W.Powell, J.W. Howard, K.A. LaBel// http://radhome.gsfc.nasa.gov

57. Speers, T. 0.25 mm FLASH Memory Based FPGA for Space Applications/T.Speers, J. J. Wang, B. Cronquist, J. McCollum, H. Tseng, R. Katz,I. Kleyner// Actel Corporation.- 1999

58. Katz, R. Total Dose Responses of Actel 1020B and 1280A Field Programmable Gate Arrays (FPGAs)/ R.Katz, G.Swift, D.Shaw///MZ)£GS, 1995.-P.412-419

59. FLEX 10K Embedded Programmable Logic Device Family// http://www.altera.com/literature/ds/archives/dsflOk.pdf

60. Axcelerator Family FPGAs http://actel.com/documents/AX DS.pdf

61. SX-A Family FPGAs http://actel.com/documents/SXADS.pdf

62. ProASIC3L Low Power Flash FPGAs http://actel.com/documents/PA3LDS.pdf

63. MachXO Family Data Sheet http://latticesemi.com/lit/docs/datasheets/cpld/ machxo.pdf