SRAM软错误损坏检测(SED)

来自宇宙射线的中子和封装材料中的带电α粒子的辐射会造成软错误，它会改变存储单元的存储内容。这种现象首先成为DRAM中的一个问题，要求能对高可靠性应用中的大容量存储系统进行错误检测和纠错。由于器件的尺寸不断缩小，对某些系统而言，SRAM中的软错误概率已相当大。

用于汽车应用的高性能FPGA将逻辑配置数据存储在SRAM单元。由于FPGA中SRAM单元数量和密度的增加，软错误改变系统可编程逻辑行为的概率也随之增加。设计者已经采取了各种办法来解决该问题，其中大部分涉及用户用于设计的知识产权(IP)核。虽然这种方法提供了一个解决方案，但它也占用了宝贵的可编程资源，并可能会影响性能。然而，这些缺陷是可以避免的。例如，LatticeXP2 FPGA内有用硬件实现的软错误检测器，它不会影响系统性能或器件的热耗散。

在这些非易失性FPGA中的SED硬件有一个访问FPGA SRAM配置存储器的接口，还有SED控制器电路和一个存储当前位流CRC的32位寄存器(图3)。SED功能需要使用几个I/O引脚，要占用4个专用的输入引脚和4个专用的输出引脚。这些引脚用于使能和启动SED检测，还能指明SED的工作状态。

图3、LatticeXP2 FPGA具有SRAM软错误监测功能。

SED工作期间，控制电路从FPGA的SRAM配置存储器读取串行数据流数据，并计算CRC。然后，计算出的CRC与预期的存储在32位寄存器中的CRC进行比较。如果这两个CRC值不匹配，说明配置存储器中有差错，并设置一个外部信号为高电平，指明有差错。对应出错信号，用户可以有几种选择：忽略这个差错；使用外部处理器记录这个差错；或从原来的引导器件重新载入SRAM配置。

LatticeXP2 FPGA能够满足所有这些系统的要求。其片上闪存允许统一的系统测试，保证器件即使在最高温度下连续工作，最少10年不会引起存储内容的丢失或产生系统故障。此外，双引导功能和硬件实现的SED检测功能对SRAM内容损坏提供了安全保证，不会影响器件性能或用户逻辑的运行。

应用上述四种配置保护技术的FPGA设计具有高度可靠的启动和初始化功能，可以保护更新，阻止下载、删除或修改初始化配置的企图。此外，整合SED管理逻辑的设计还增加了保护措施，防止由带电粒子导致的改变运行配置的情况。将启动和SED保护进行整合的方法使汽车系统设计人员能够构建完整可靠的FPGA设计，同时不必担心配置被蓄意篡改或环境对器件造成的损坏。