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纳米级系统芯片单粒子效应研究
作者：贺朝会等 著
出版社：科学出版社
出版时间：2021-05-01
ISBN：9787030673282
定价：¥98.00
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内容简介
本书主要介绍28nm系统芯片（SoC）的单粒子效应，内容包括SoC单粒子效应研究现状与测试系统的研制，SoC的α粒子、重离子、质子和中子单粒子效应实验研究，SoC单粒子效应软件故障注入、模拟故障注入、软错误故障分析、故障诊断和SoC抗单粒子效应软件加固方法研究；提出XilinxZynq-7000SoC单粒子效应错误类型和单粒子效应规律；计算不同模块的单粒子效应截面和软错误率；揭示SoC的单粒子效应敏感模块和敏感区域分布特征；定量分析SoC系统、子系统和不同模块的故障频率、不可用度和平均故障间隔时间；提出几种SoC单粒子效应加固方法，并进行实验验证。
作者简介
暂缺《纳米级系统芯片单粒子效应研究》作者简介
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 集成电路发展方向 1
1.2 国家航天技术发展的需求 2
1.3 单粒子效应的严重威胁 3
1.4 SoC单粒子效应研究现状 6
1.4.1 国外研究现状 6
1.4.2 国内研究现状 11
1.5 本书研究内容 13
第2章 SoC α粒子单粒子效应实验研究 15
2.1 SoC α粒子单粒子效应实验设计 15
2.1.1 SoC器件 15
2.1.2 Xilinx Zynq-7000 SoC单粒子效应测试系统 17
2.2 SoC α粒子单粒子效应实验 21
2.2.1 实验测试硬件系统 22
2.2.2 SoC α粒子单粒子效应测试流程 23
2.3 实验结果及分析 24
2.3.1 单粒子效应截面 24
2.3.2 软错误率计算 25
2.3.3 实验结果分析 26
2.4 本章小结 31
第3章 SoC重离子单粒子效应实验研究 32
3.1 IMP重离子微束辐照实验 32
3.1.1 IMP重离子微束辐照装置 32
3.1.2 IMP SoC重离子微束单粒子效应测试系统 33
3.1.3 IMP SoC重离子微束单粒子效应测试方案 35
3.1.4 IMP SoC重离子微束单粒子效应测试结果 36
3.2 HI-13重离子微束辐照实验 38
3.2.1 HI-13重离子微束辐照装置 38
3.2.2 HI-13重离子微束SoC单粒子效应测试方案 40
3.2.3 HI-13重离子微束SoC单粒子效应测试结果 43
3.3 重离子宽束辐照实验 45
3.4 本章小结 52
第4章 SoC质子和中子单粒子效应研究 53
4.1 SoC质子单粒子效应实验研究 54
4.1.1 低能质子实验研究 54
4.1.2 中能质子实验研究 55
4.2 SoC中子单粒子效应实验研究 58
4.2.1 10MeV和1MeV以上中子单粒子效应 61
4.2.2 热中子单粒子效应贡献 62
4.3 SoC质子和中子单粒子效应蒙特卡罗仿真分析 63
4.4 本章小结 66
第5章 SoC单粒子效应软件故障注入研究 67
5.1 Xilinx Zynq-7000 SoC软件故障注入系统 67
5.1.1 SoC软件故障注入方法 67
5.1.2 Xilinx Zynq-7000 SoC软件故障注入系统设计 71
5.2 Xilinx Zynq-7000 SoC软件故障注入测试 74
5.2.1 故障注入流程 74
5.2.2 故障注入结果分析 75
5.3 本章小结 80
第6章 基于Verilog HDL SoC模拟故障注入研究 81
6.1 模拟故障注入技术原理 81
6.2 SoC模拟故障注入系统 83
6.2.1 故障注入参数设置 84
6.2.2 故障注入仿真 86
6.2.3 实验结果分析 88
6.3 基于Verilog HDL SoC模拟故障注入系统设计 91
6.3.1 路径设置 92
6.3.2 故障注入参数设置 92
6.3.3 控制输出 93
6.3.4 故障注入流程 94
6.4 OR 1200故障注入 96
6.4.1 OR1200结构分析 96
6.4.2 故障注入方案 98
6.4.3 故障注入结果分析 99
6.5 本章小结 105
第7章 SoC软错误故障分析 106
7.1 概率安全分析 106
7.1.1 故障树分析法 106
7.1.2 事件树分析法 108
7.1.3 SoC软错误故障树分析 109
7.1.4 SoC软错误事件树分析 113
7.2 应用FMEA方法评估SoC软错误 118
7.2.1 SoC软错误可靠性评估 118
7.2.2 SoC风险评估 119
7.3 本章小结 122
第8章 基于贝叶斯网络的SoC单粒子效应故障诊断 124
8.1 贝叶斯网络方法 124
8.1.1 贝叶斯网络理论基础 124
8.1.2 贝叶斯网络推理 125
8.1.3 构建二态贝叶斯网络 126
8.2 OR1200 SEU贝叶斯网络构建 129
8.2.1 OR1200 SEU故障树 129
8.2.2 OR1200 SEU贝叶斯网络 131
8.3 Xilinx Zynq-7000 SoC贝叶斯网络故障诊断 138
8.3.1 Xilinx Zynq-7000 SoC后验概率 138
8.3.2 Xilinx Zynq-7000 SoC重要度分析 139
8.4 SoC单粒子效应故障诊断系统模型 140
8.5 本章小结 144
第9章 SoC控制流错误检测和故障定位 145
9.1 基于结构化标签的控制流错误检测 145
9.1.1 控制流错误检测研究现状 145
9.1.2 可配置控制流错误检测方法 146
9.1.3 执行过程分析 148
9.1.4 实验结果分析 150
9.2 基于二分图极大权值匹配的SoC故障定位 151
9.2.1 故障定位相关研究 152
9.2.2 基于二分图的SoC故障定位方法 153
9.2.3 实验结果分析 157
9.3 本章小结 159
第10章 SoC软件加固方法研究 160
10.1 SoC OCM模块的加固设计 160
10.1.1 SoC OCM模块三模冗余加固 161
10.1.2 SoC OCM的协同加固 163
10.2 SoC DMA通道冗余加固方法 165
10.2.1 SoC DMA硬件故障源分析 165
10.2.2 SoC DMA通道冗余加固方法基本原理 167
10.2.3 SoC DMA通道冗余加固方法的设计 168
10.2.4 SoC DMA通道加固方法的实现 172
10.2.5 实验结果分析 176
10.3 其他加固方法 179
10.4 本章小结 180
参考文献 181
前言
第1章 绪论 1
1.1 集成电路发展方向 1
1.2 国家航天技术发展的需求 2
1.3 单粒子效应的严重威胁 3
1.4 SoC单粒子效应研究现状 6
1.4.1 国外研究现状 6
1.4.2 国内研究现状 11
1.5 本书研究内容 13
第2章 SoC α粒子单粒子效应实验研究 15
2.1 SoC α粒子单粒子效应实验设计 15
2.1.1 SoC器件 15
2.1.2 Xilinx Zynq-7000 SoC单粒子效应测试系统 17
2.2 SoC α粒子单粒子效应实验 21
2.2.1 实验测试硬件系统 22
2.2.2 SoC α粒子单粒子效应测试流程 23
2.3 实验结果及分析 24
2.3.1 单粒子效应截面 24
2.3.2 软错误率计算 25
2.3.3 实验结果分析 26
2.4 本章小结 31
第3章 SoC重离子单粒子效应实验研究 32
3.1 IMP重离子微束辐照实验 32
3.1.1 IMP重离子微束辐照装置 32
3.1.2 IMP SoC重离子微束单粒子效应测试系统 33
3.1.3 IMP SoC重离子微束单粒子效应测试方案 35
3.1.4 IMP SoC重离子微束单粒子效应测试结果 36
3.2 HI-13重离子微束辐照实验 38
3.2.1 HI-13重离子微束辐照装置 38
3.2.2 HI-13重离子微束SoC单粒子效应测试方案 40
3.2.3 HI-13重离子微束SoC单粒子效应测试结果 43
3.3 重离子宽束辐照实验 45
3.4 本章小结 52
第4章 SoC质子和中子单粒子效应研究 53
4.1 SoC质子单粒子效应实验研究 54
4.1.1 低能质子实验研究 54
4.1.2 中能质子实验研究 55
4.2 SoC中子单粒子效应实验研究 58
4.2.1 10MeV和1MeV以上中子单粒子效应 61
4.2.2 热中子单粒子效应贡献 62
4.3 SoC质子和中子单粒子效应蒙特卡罗仿真分析 63
4.4 本章小结 66
第5章 SoC单粒子效应软件故障注入研究 67
5.1 Xilinx Zynq-7000 SoC软件故障注入系统 67
5.1.1 SoC软件故障注入方法 67
5.1.2 Xilinx Zynq-7000 SoC软件故障注入系统设计 71
5.2 Xilinx Zynq-7000 SoC软件故障注入测试 74
5.2.1 故障注入流程 74
5.2.2 故障注入结果分析 75
5.3 本章小结 80
第6章 基于Verilog HDL SoC模拟故障注入研究 81
6.1 模拟故障注入技术原理 81
6.2 SoC模拟故障注入系统 83
6.2.1 故障注入参数设置 84
6.2.2 故障注入仿真 86
6.2.3 实验结果分析 88
6.3 基于Verilog HDL SoC模拟故障注入系统设计 91
6.3.1 路径设置 92
6.3.2 故障注入参数设置 92
6.3.3 控制输出 93
6.3.4 故障注入流程 94
6.4 OR 1200故障注入 96
6.4.1 OR1200结构分析 96
6.4.2 故障注入方案 98
6.4.3 故障注入结果分析 99
6.5 本章小结 105
第7章 SoC软错误故障分析 106
7.1 概率安全分析 106
7.1.1 故障树分析法 106
7.1.2 事件树分析法 108
7.1.3 SoC软错误故障树分析 109
7.1.4 SoC软错误事件树分析 113
7.2 应用FMEA方法评估SoC软错误 118
7.2.1 SoC软错误可靠性评估 118
7.2.2 SoC风险评估 119
7.3 本章小结 122
第8章 基于贝叶斯网络的SoC单粒子效应故障诊断 124
8.1 贝叶斯网络方法 124
8.1.1 贝叶斯网络理论基础 124
8.1.2 贝叶斯网络推理 125
8.1.3 构建二态贝叶斯网络 126
8.2 OR1200 SEU贝叶斯网络构建 129
8.2.1 OR1200 SEU故障树 129
8.2.2 OR1200 SEU贝叶斯网络 131
8.3 Xilinx Zynq-7000 SoC贝叶斯网络故障诊断 138
8.3.1 Xilinx Zynq-7000 SoC后验概率 138
8.3.2 Xilinx Zynq-7000 SoC重要度分析 139
8.4 SoC单粒子效应故障诊断系统模型 140
8.5 本章小结 144
第9章 SoC控制流错误检测和故障定位 145
9.1 基于结构化标签的控制流错误检测 145
9.1.1 控制流错误检测研究现状 145
9.1.2 可配置控制流错误检测方法 146
9.1.3 执行过程分析 148
9.1.4 实验结果分析 150
9.2 基于二分图极大权值匹配的SoC故障定位 151
9.2.1 故障定位相关研究 152
9.2.2 基于二分图的SoC故障定位方法 153
9.2.3 实验结果分析 157
9.3 本章小结 159
第10章 SoC软件加固方法研究 160
10.1 SoC OCM模块的加固设计 160
10.1.1 SoC OCM模块三模冗余加固 161
10.1.2 SoC OCM的协同加固 163
10.2 SoC DMA通道冗余加固方法 165
10.2.1 SoC DMA硬件故障源分析 165
10.2.2 SoC DMA通道冗余加固方法基本原理 167
10.2.3 SoC DMA通道冗余加固方法的设计 168
10.2.4 SoC DMA通道加固方法的实现 172
10.2.5 实验结果分析 176
10.3 其他加固方法 179
10.4 本章小结 180
参考文献 181
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