بهبود قابليت تشخيص خطاهاي مجاور ناشي از تشعشعات در FPGA هاي مورد استفاده در محيط هاي خشن

Improved Adjacent Error Detection of FPGAs in Harsh Environments

استفاده از FPGA هاي مبتني بر SRAM در كاربردهاي محيط‌هاي خشن مانند عمليات صنعتي، نظامي و يا اكتشاف دور به دليل قابليت باز پيكربندي در اين قطعات بسيار مورد توجه بوده است. FPGA هاي مبتني بر SRAM فوق العاده به تشعشعات حساس هستند و نرخ (SEU (Single Event Upset در آنها بسيار زياد است. كد همينگ براي مقابله با SEU در بيت هاي پيكره بندي ماژول سويچ FPGA هاي مبتني بر SRAM استفاده شده است. اين كد قابليت تصحيح خطاهاي تك بيتي را دارد، اما با پيشرفت تكنولوژي قطعات نيمه هادي و افزايش چگالي حافظه ها، يك ذره پر انرژي از تشعشعات فضايي مي تواند چند بيت حافظه را به صورت هم زمان دچارSEU گرداند كه در اكثر موارد اين بيت ها مجاور هستند. در اين مقاله دو جايابي بيت جديد براي بيت هاي پيكره بندي ماژول سويچ ارائه شده است كه موجب افزايش قابليت تشخيص خطاهاي مجاور دوتائي از11/11% به 66 /66% ( در مقاوم سازي با كد همينگ در سطح جعبه سويچ ) و از 3/75% به 75% (در مقاوم سازي با كد همينگ در سطح ماژول سويچ) مي شوند. همچنين يك روش ديگر مبتني بر الگوريتم ژنتيك ارائه شده است كه اعمال آن (در مقاوم سازي با كد همينگ در سطح جعبه سويچ) موجب تشخيص 88/88% خطاهاي مجاور دوتائي مي شود. هر دو روش اعمال شده (جايابي بيت انتخابي و روش ارائه شده مبتني بر الگوريتم ژنتيك) هيچگونه افزونگي را تحميل نمي كنند.

Application of SRAM-based FPGAs in harsh environments like industrial, military and space locations has attracted many engineers due to their reconfiguribility. However, they are vulnerable to SEU (Single Effect Upset) effects in the mentioned conditions. Hamming code is used in the switch modules of SRAM-based FPGAs for SEU mitigation. The method is capable of correcting single bit errors, however; in recent high density SRAMs, a high energy particle can affect multi-bits that are usually adjacent cells. In this paper two new selective bit placements are proposed for switch level that has led to improved adjacent error detection from 11.11% to 66.66% in the switch box and an increase of detection rate from 3.75% to 75% in switch modules. In addition, another optimized utilization of shortened Hamming code is proposed based on Genetic Algorithm that results in 88.88% detection rate of adjacent bit error in switch box level. The proposed methods do not burden any extra redundancy.