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TMR故障注入与验证方法研究与实现
崔媛媛;张洵颖;肖建青
【摘要】Thispaperfocusesontheresearchofthefaultinjection
methodology,thesystem-simulationtechniqueandtheFPGAprototypical
validationapproachabouttheTMRstructure.Thankstothefaultinjection
logiccircuitryaddedtotheoriginalTMRstructure,thefaultinjection
controlsignalsofallTMRregistersconsideredasthesystem’sinputsand
uni-fiednaming,byrandomgeneratingerrorinjectioninformationand
indexingcorrespondingTMRregisters,thefaultscanbeinjectedintoany
TMRgrouphiddentoprogrammersintheSOC.Inordertoreal-timecheck
theinjectingfaultsandtoana-lyzethefaultycircuitbehavior,thereference
pointsandobservationonesofallTMRregistersneedtobecomethe
systemsoutputs.Tosolvetheproblemofthelimitednumberofpins
connectingthehostcomputertotheFPGAboard,afaultinjec-tion
controllerandafaultcollectionmodulearedesigned.Accordingtoa
concretefaultinjectioncase,someeffectivetestpro-gramscanbewritten
tovalidatedesigncorrectness.Theexperimentalresultsindicatetherateof
thefailureisabout18.6%,whichisabasistoevaluatesystem
dependability.%从系统验证和FPGA物理原型验证两个方面，分析了TMR结构
的注错方式及其验证方法；通过在TMR结构中嵌入注错逻辑，并将所有组TMR
寄存器的注错控制信号统一命名，作为系统的输入，根据随机生成的注错信息，索
引对应的TMR寄存器，可实现向对用户透明的任意TMR组中注错；将每组
TMR寄存器的参考点和观测点引到设计的顶层统一命名，作为待测系统的输出，
可适时观测对应TMR寄存器组的注错情况，分析故障电路的行为；为了解决调试
机与FPGA板连接的引脚数受限的问题，特别设计了注错控制器和故障收集器；
根据具体的注错情况，可编写对应的测试程序，验证设计的正确性，实验结果表明，
SOC系统的错误故障率约占18．6％；为系统的可靠性评估提供了依据。
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2014(000)001
【总页数】4页(P13-15,21)
【关键词】三模冗余;故障注入;系统芯片;单粒子翻转;单粒子瞬态
【作者】崔媛媛;张洵颖;肖建青
【作者单位】西安微电子技术研究所，西安710054;西安微电子技术研究所，西
安710054;西安微电子技术研究所，西安710054
【正文语种】中文
【中图分类】TP302.8
0引言
空间辐射环境导致的单粒子效应，会使系统芯片（SOC）内的存储单元产生小概
率的错误翻转，随着VLSI技术的提高，芯片特征尺寸缩小和临界电荷减少，SOC
越来越容易受SEU故障的影响［1］。目前，片内寄存器主要采用TMR结构进行
容错［2－4］。同时，验证人员也需要采用有效的方法验证设计的正确性，故障
注入是容错系统可靠性验证的有效方法［5－7］。基于此，本文主要从系统验证
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