一种实现FPGA程序定期自检和自修复的方法与流程

本发明属于航空、航天及核电领域中的fpga高可靠性设计，具体涉及一种实现fpga程序定期自检和自修复的方法。

背景技术：

1、随着信息技术的发展，fpga能够实现的功能日益丰富，应用场景也越来越复杂多样。在一些特殊的应用环境如辐射源附近、宇宙空间中，需要定期对fpga程序进行自检和自动纠错，以确保系统鲁棒性和功能正确性。

2、常规的自检方式是将fpga外部程序存储器中的数据全部读取出来，通过crc等方法与校验码对比校验。优点是占用的存储空间小；缺点是一旦发现问题只能上报，无法实现自修复。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是如何提供一种实现fpga程序定期自检和自修复的方法，以解决高辐照环境下fpga器件长期可靠运行及自检和自动纠错问题。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提出一种实现fpga程序定期自检和自修复的方法，该方法包括：

5、设置切换开关：在fpga、mcu和fpga外部程序存储器之间增加半导体总线切换开关；通过mcu控制半导体总线切换开关，用于切换对fpga外部程序存储器的控制权，当mcu选通控制引脚输入为“1”时，fpga外部程序存储器与mcu直连；当mcu选通控制引脚输入为“0”时，fpga外部程序存储器与fpga直连；

6、存储器分区：将fpga外部程序存储器按地址分为上下两个区，分别存储同样的fpga程序；

7、加电启动：每次设备加电启动时默认fpga外部程序存储器与fpga联通，用于加载fpga程序，加载完成后正常运行预定功能；

8、定期自检：定期自检时，由mcu切换fpga外部程序存储器控制权；通过mcu直接访问fpga外部程序存储器，对其上下两个半区的数据进行逐字读取和比对，若一致，则自检通过，上报日志，并回到正常运行模式；若不一致，则上报故障日志，通过两个半区内存储的相应校验码进行进一步故障定位，确认故障半区后，通过无故障半区内存储的fpga程序对故障半区进行覆盖，再次进行校验，无误后上报处理结果，回到正常运行模式。

9、(三)有益效果

10、本发明提出一种实现fpga程序定期自检和自修复的方法，本发明通过mcu在定期自检期间直接访问fpga外部程序存储器，对其上下两个半区的数据进行逐字读取和比对，在尽量少占用mcu资源的情况下实现最高的自检效率。并且，一旦发现fpga程序中出现单粒子翻转，可通过无故障分区对对故障分区进行修复。

11、本发明为高辐照环境下fpga器件长期可靠运行(主要是抵御单粒子翻转seu)提供一种新的解决问题思路和方法。意在通过定期自检提前发现seu问题，并及时进行自动修复。

12、本发明提高fpga外部存储器利用率和fpga程序定期自检的效率和可靠性。

1.一种实现fpga程序定期自检和自修复的方法，其特征在于，该方法包括：

2.如权利要求1所述的实现fpga程序定期自检和自修复的方法，其特征在于，所述半导体总线切换开关为单刀双掷模拟开关。

3.如权利要求1所述的实现fpga程序定期自检和自修复的方法，其特征在于，所述半导体总线切换开关为cd4052、bct4157或hs102。

4.如权利要求1所述的实现fpga程序定期自检和自修复的方法，其特征在于，在mcu与总线切换开关之间增加硬件拨码开关，当硬件拨码开关高位设置为0时，由硬件拨码开关控制；当硬件拨码开关高位设置为1时，由mcu控制。

5.如权利要求4所述的实现fpga程序定期自检和自修复的方法，其特征在于，若由硬件控制，mcu选通控制引脚设置无效；当硬件拨码开关低位设置为0时，控制半导体总线切换开关将fpga与fpga外部存储器直连，此时，fpga实现日常的程序加载和逻辑功能；当硬件拨码开关低位设置为1时，控制半导体总线切换开关将mcu与fpga外部存储器直连，此时，通过mcu读写fpga外部存储器，实现fpga程序的升级、修复，实现对fpga外部存储器空闲区域的读写，使其作为mcu外部非易失存储器存储空间的补充。

6.如权利要求4所述的实现fpga程序定期自检和自修复的方法，其特征在于，若由mcu控制，硬件拨码开关低位设置无效；当mcu选通控制引脚设置为0时，控制半导体总线切换开关将fpga与fpga外部存储器直连，此时，fpga实现日常的程序加载和逻辑功能；当mcu选通控制引脚设置为1时，控制半导体总线切换开关将mcu与fpga外部存储器直连，此时，通过mcu读写fpga外部存储器，实现fpga程序的升级、修复，实现对fpga外部存储器空闲区域的读写，使其作为mcu外部非易失存储器存储空间的补充。

7.如权利要求1所述的实现fpga程序定期自检和自修复的方法，其特征在于，fpga外部程序存储器内部按地址分为同样大小的两个分区，一个作为主分区，用于启动时为fpga加载程序；一个作为备用分区，与主分区互为备份，用于其中一个分区出现seu故障时通过另一分区进行修复。

8.如权利要求7所述的实现fpga程序定期自检和自修复的方法，其特征在于，除存储fpga程序外，还在各自分区分别存储相应的校验码，用于在出现seu故障时确认故障所在分区。

9.如权利要求1所述的实现fpga程序定期自检和自修复的方法，其特征在于，无论拨码开关硬件还是mcu软件取得对fpga外部程序存储器切换的控制权，在设备加电或重新启动时均默认将fpga与fpga外部程序存储器相连，使上电或程序加载过程中，fpga直接从fpga外部程序存储器的主分区中读取程序并正常运行。

10.如权利要求1-9任一项所述的实现fpga程序定期自检和自修复的方法，其特征在于，mcu接收自检指令后切换fpga外部程序存储器控制权；通过mcu直接访问fpga外部程序存储器，对其上下两个半区的数据进行逐字读取和比对，若一致，则自检通过，上报日志，并回到正常运行模式；若不一致，则上报故障日志，通过两个半区内存储的相应校验码进行进一步故障定位，确认故障半区后，通过无故障半区内存储的fpga程序对故障半区进行覆盖，再次进行校验，无误后上报处理结果，回到正常运行模式；若尝试三次以上无法自修复，则上报严重故障，由现场运维人员通过硬件拨码开关手动处理，并进行全面检修。