کاهش نرخ SEU برای FPGA های مبتنی بر SRAM در کاربردهای فضایی
چکیده:
استفاده از FPGA های مبتنی بر SRAM در کاربردهای فضایی مانند عملیات اکتشاف دور به دلیل قابلیت باز پیکربندی در این قطعات بسیار مورد توجه بوده است. نتایج آزمون¬های به دست آمده بر روی FPGA های مبتنی بر SRAM نشان می¬دهد که این قطعات فوق العاده به تشعشعات فضایی حساس هستند و نرخ SEU در آنها بسیار زیاد است. کد همینگ برای مقابله با SEU در بیتهای پیکره بندی FPGA های مبتنی بر SRAM استفاده شده است. این کد قابلیت تصحیح خطاهای تک بیتی را دارد، اما با پیشرفت تکنولوژی قطعات نیمه هادی و افزایش چگالی حافظه¬ها، یک ذره پر انرژی از تشعشعات فضایی می¬تواند چند بیت حافظه را به صورت هم زمان واژگون گرداند که در اکثر موارد این بیتها مجاور هستند.
در این مقاله روشی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک پیشنهاد شده است، که هدف این روش یافتن ماتریس توازن بهبود یافته برای کدهای تصحیح خطای استفاده شده در ماژول سویچ و LUT ها است. پس از اعمال روش پیشنهادی تقریبا تمام خطاهای دو بیتی یا سه بیتی مجاور در کدهای مربوط (فقط در کدهای شامل 16 بیت اطلاعات، کارآیی 95% است و در بقیه موارد کارآیی 100% است) قابل تشخیص شده است که نسبت به جایابی بیت، نتایج بهبود زیادی داشته است. اما این روش با افزونگی در تعداد گیتهای مورد نیاز برای دیکد کردن همراه است. از این رو مدل اولیه بهبود داده شده است و قابلیت مصالحه بین حجم سخت افزاری و کارآیی به آن اضافه شده است. در نتیجه از این روش با دو رویکرد متفاوت می¬توان استفاده کرد: 1- با رویکرد کاهش سخت افزار. 2- با رویکرد افزایش کارآیی. پس از اعمال مدل بهبود یافته در کدهای موردنظر، در نهایت زمانی که افزونگی سخت افزاری مجاز باشد، کارآیی مربوط به تمامی کدها به 100% رسیده است و زمانی که افزونگی مجاز نباشد، در بعضی موارد کارآیی نسبت به مدل اولیه کاهش یافته است، اما هنوز نسبت به جایابی بیت افزایش خوبی دارد.