本發(fā)明涉及輻照測試，特別涉及一種大容量非易失存儲器單粒子效應測試分析系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、太空中存在著嚴苛的高能粒子輻射環(huán)境，航天器會受到太陽宇宙射線、銀河宇宙射線和輻射帶的輻射，這些輻射容易對衛(wèi)星或航天器中的電子元器件造成不同程度的破壞，影響其在航天器上的正常工作。航天電子系統(tǒng)內(nèi)部的大容量非易失存儲器具備掉電后保存數(shù)據(jù)的能力，廣泛應用于系統(tǒng)源程序、重要配置數(shù)據(jù)和重要科研數(shù)據(jù)的長期存儲領域。非易失存儲器芯片在各工作模式下，芯片的關鍵電路模塊如電荷泵、主狀態(tài)機、感應放大器、行列譯碼器或存儲單元陣列等均可能受宇航環(huán)境中的單粒子輻射而引發(fā)復雜的單粒子功能中斷、單粒子閂鎖或單粒子翻轉(zhuǎn)，造成大量數(shù)據(jù)錯誤和整機系統(tǒng)故障。因此，存儲器芯片在空間系統(tǒng)應用之前，務必對其進行充分準確的輻照試驗評估，針對評估結果對輻照敏感單元進行加固處理，從而為型號器件選型和設計提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2、目前大容量非易失存儲器的動態(tài)工作模式單粒子效應測試中，往往伴隨著單粒子功能中斷引起的兆比特量級錯誤數(shù)據(jù)，造成了傳統(tǒng)單粒子測試方法的兩個短板：1)動態(tài)工作模式中讀出的兆比特量級錯誤數(shù)據(jù)，若全數(shù)上傳至上位機，則速度慢、用時長，干擾高能粒子對存儲器自身動態(tài)操作的作用效果，若僅上傳部分錯誤數(shù)據(jù)，則無法建立完整的全片錯誤位圖，難以對單粒子功能中斷進行分析和定位；2)大量錯誤數(shù)據(jù)會干擾存儲單元電荷泄露等造成的單粒子翻轉(zhuǎn)的統(tǒng)計。這就使得當前對大容量非易失存儲器的單粒子效應評估不全面不充分，難以進行針對性的抗單粒子加固。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種大容量非易失存儲器的單粒子效應測試分析系統(tǒng)，解決兆比特量級錯誤數(shù)據(jù)上傳耗時長導致的單粒子效應難以準確分析的問題，實現(xiàn)對大容量非易失存儲器的單粒子效應的實時、全面、準確的評估。

2、本發(fā)明的技術方案是：一種大容量非易失存儲器的單粒子效應測試分析系統(tǒng)，包括：上位機模塊、fpga控制模塊、程控電源模塊；

3、fpga控制模塊，將存儲器芯片測試程序和錯誤數(shù)據(jù)分析上傳程序固化到fpga板中；其中，存儲器芯片測試程序控制fpga板向存儲器芯片發(fā)送操作指令，使存儲器芯片執(zhí)行動態(tài)循環(huán)只讀模式下的讀和復位操作和動態(tài)循環(huán)擦讀寫讀模式下的擦除、編程、讀和復位操作；錯誤數(shù)據(jù)分析上傳程序控制fpga板對比存儲器芯片全片的原數(shù)據(jù)碼流和讀出的實際數(shù)據(jù)碼流，執(zhí)行邏輯電路單粒子功能中斷和存儲單元單粒子翻轉(zhuǎn)的鑒別分析；fpga控制模塊在每次讀操作后將數(shù)據(jù)信息輸出至上位機模塊串口；

4、程控電源模塊，接收到上位機模塊發(fā)送的啟動信號后，啟動程控電源為該系統(tǒng)的fpga板和存儲器芯片提供電流；

5、上位機模塊，通過通信接口向fpga板發(fā)送指令，并接收和打印fpga板實時輸出的數(shù)據(jù)信息。

6、所述執(zhí)行各類邏輯電路單粒子功能中斷及單粒子翻轉(zhuǎn)的鑒別分析，包括：根據(jù)預設各類單粒子功能錯誤的錯誤位圖規(guī)則對存儲器芯片中讀出的兆比特級數(shù)據(jù)碼流進行分析，實時鑒別各類單粒子功能中斷，同時鑒別和上傳具有地址分布隨機性的存儲單元單粒子翻轉(zhuǎn)事件。

7、所述數(shù)據(jù)信息，包括：存儲單元單粒子翻轉(zhuǎn)錯誤數(shù)據(jù)及其地址、邏輯電路單粒子功能中斷事件、存儲器芯片指令執(zhí)行情況、全“0”字和全“1”字數(shù)目、操作執(zhí)行超時情況。

8、一種利用所述系統(tǒng)進行大容量非易失存儲器的單粒子效應測試分析的方法，包括：

9、fpga控制模塊與待測芯片相連，一同放置于輻照實驗環(huán)境下，保證測試過程中待測芯片能夠在輻照源下接受指定離子的照射；

10、開啟程控電源，對大容量非易失存儲器的單粒子效應測試分析系統(tǒng)和存儲器芯片進行上電；

11、由上位機向fpga控制模塊發(fā)送編程指令，并選擇初始數(shù)據(jù)碼型寫入待測芯片的各個地址單元；

12、開啟輻照，發(fā)送相應的工作模式選擇指令，在不同工作模式下執(zhí)行相應的芯片操作，進行大容量非易失存儲器的單粒子效應測試分析。

13、所述工作模式包括靜態(tài)上電模式、動態(tài)循環(huán)只讀模式和動態(tài)循環(huán)擦讀寫讀模式。

14、所述靜態(tài)上電模式，包括：

15、將芯片置于輻照環(huán)境下開始輻照，在輻照過程中不執(zhí)行任何動態(tài)操作；在輻照結束后讀出存儲芯片的全片數(shù)據(jù)并與初始數(shù)據(jù)碼型對比，記錄存儲單元的單粒子翻轉(zhuǎn)情況。

16、所述動態(tài)循環(huán)只讀模式，包括：

17、將芯片置于輻照環(huán)境下開始輻照，在輻照過程中監(jiān)測上位機輸出的芯片功能執(zhí)行情況；fpga控制模塊將待測存儲器芯片的各個地址位存儲的數(shù)據(jù)讀出，并與初始數(shù)據(jù)碼型進行比較，獲取數(shù)據(jù)錯誤的單元地址；

18、根據(jù)獲取的錯誤數(shù)據(jù)分布的地址位置，依據(jù)內(nèi)建的單粒子功能中斷事件鑒別規(guī)則，在fpga硬核中梳理為單粒子功能中斷的特征性描述，上傳至上位機進行打印；對于已知容量和bank、塊、節(jié)、頁、行列結構的存儲器芯片的大量讀出數(shù)據(jù)錯誤，除列級錯誤外，其他各級單粒子功能中斷的判定為容量升序的分級執(zhí)行；

19、除上述單粒子功能中斷事件外，對從存儲芯片起始位地址開始的每連續(xù)64bit數(shù)據(jù)執(zhí)行(72,64)漢明碼糾檢錯算法，能夠糾正的“0翻為1”型比特錯誤定義為存儲單元電荷泄露導致的單粒子翻轉(zhuǎn)，將單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)上傳至上位機中進行打印；

20、以芯片i/o端輸出的n比特位寬的字為單位，統(tǒng)計fpga模塊中讀出的錯誤數(shù)據(jù)中的全“0”字和全“1”字的數(shù)目，在上位機中進行輸出和打??；

21、定義無輻照時全片正常讀出的時間tread，在fpga模塊中設置計時判定條件，若在輻照進程中，讀操作時間超出2×tread，則在上位機中打印“讀操作執(zhí)行超時”，執(zhí)行復位操作后繼續(xù)執(zhí)行動態(tài)循環(huán)只讀操作；若再次執(zhí)行讀操作中仍然出現(xiàn)讀操作執(zhí)行超時現(xiàn)象，則停止動態(tài)循環(huán)只讀操作及輻照，上位機控制程控電源對存儲器芯片和fpga板斷電并結束試驗，否則繼續(xù)輻照試驗至注量終點；

22、輻照過程中，上位機模塊打印fpga板通過通信接口實時上傳的數(shù)據(jù)信息；

23、到達輻照注量終點后，停止動態(tài)循環(huán)只讀操作及輻照，保存試驗數(shù)據(jù)，上位機控制程控電源對存儲器芯片和fpga板斷電并結束試驗。

24、所述各級單粒子功能中斷的判定具體規(guī)則如下：

25、局部連續(xù)地址錯誤：局部連續(xù)地址數(shù)據(jù)出錯且表現(xiàn)為全體翻為1或全體翻為0特征的，判定為局部連續(xù)地址錯誤，向上位機輸出“局部連續(xù)地址錯誤：地址a至地址b全部翻為0/1”語句；

26、列級錯誤：整列數(shù)據(jù)出錯且表現(xiàn)為全體翻為1或全體翻為0特征的，判定為列級錯誤，向上位機輸出“列級錯誤：列x全部翻為0/1”語句；

27、行級錯誤：整行數(shù)據(jù)出錯且表現(xiàn)為全體翻為1或全體翻為0特征的，判定為行級錯誤，向上位機輸出“行級錯誤：行x全部翻為0/1”語句；

28、頁級錯誤：整頁數(shù)據(jù)出錯且表現(xiàn)為全體翻為1或全體翻為0特征的，判定為頁級錯誤，向上位機輸出“頁級錯誤：頁x全部翻為0/1”語句；

29、節(jié)級錯誤：整節(jié)數(shù)據(jù)出錯且表現(xiàn)為全體翻為1或全體翻為0特征的，判定為節(jié)級錯誤，向上位機輸出“節(jié)級錯誤：節(jié)x全部翻為0/1”語句；

30、塊級錯誤：整塊數(shù)據(jù)出錯且表現(xiàn)為全體翻為1或全體翻為0特征的，判定為塊級錯誤，向上位機輸出“塊級錯誤：塊x全部翻為0/1”語句；

31、bank級錯誤：整bank數(shù)據(jù)出錯且表現(xiàn)為全體翻為1或全體翻為0特征的，判定為bank級錯誤，向上位機輸出“bank級錯誤：bankx全部翻為0/1”語句。

32、所述動態(tài)循環(huán)擦讀寫讀模式，包括：讀操作中根據(jù)讀出的錯誤數(shù)據(jù)鑒別各類單粒子效應，擦除操作和編程操作中出現(xiàn)的單粒子功能中斷通過操作執(zhí)行超時現(xiàn)象來鑒別，包括：

33、擦除操作中，根據(jù)無輻照時全片正常擦除的時間terase，在fpga模塊中設置計時判定條件，若在輻照進程中，擦除操作時間超出2×terase，則在上位機中輸出“擦除操作執(zhí)行超時”，執(zhí)行復位操作后繼續(xù)執(zhí)行擦除操作及后續(xù)的動態(tài)循環(huán)操作。若再次執(zhí)行擦除操作中仍然出現(xiàn)擦除操作執(zhí)行超時現(xiàn)象，則停止動態(tài)循環(huán)擦讀寫讀操作及輻照，上位機控制程控電源對存儲器芯片和fpga板斷電并結束試驗，否則繼續(xù)輻照試驗至注量終點；

34、編程操作中，選擇數(shù)據(jù)碼型寫入待測芯片的各個地址單元，根據(jù)無輻照時全片正常編程的時間tprog，在fpga模塊中設置計時判定條件，若在輻照進程中，編程操作時間超出2×tprog，則由fpga模塊向上位機中輸出“編程操作執(zhí)行超時”，執(zhí)行復位操作后繼續(xù)執(zhí)行編程操作及后續(xù)的動態(tài)循環(huán)操作。若再次執(zhí)行編程操作中仍然出現(xiàn)編程操作執(zhí)行超時現(xiàn)象，則停止動態(tài)循環(huán)擦讀寫讀操作及輻照，上位機控制程控電源對存儲器芯片和fpga板斷電并結束試驗，否則繼續(xù)輻照試驗至注量終點；

35、到達輻照注量終點后，停止動態(tài)循環(huán)擦讀寫讀操作及輻照，保存試驗數(shù)據(jù)，上位機控制程控電源對存儲器芯片和fpga板斷電并結束試驗。

36、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：

37、(1)本發(fā)明所述測試系統(tǒng)可以將大容量存儲器芯片的大量數(shù)據(jù)錯誤梳理為單粒子功能中斷的特征性描述上傳至上位機，避免串口逐一上傳錯誤數(shù)據(jù)耗時過長而對輻照試驗造成干擾。

38、(2)本發(fā)明所述測試系統(tǒng)可以設置存儲器芯片的工作模式為靜態(tài)上電模式、動態(tài)循環(huán)只讀模式和動態(tài)擦讀寫讀模式，豐富了存儲器芯片的測試方法，使得檢測功能更加全面。

39、(3)本發(fā)明所述測試系統(tǒng)建立了一套大容量非易失存儲器芯片的單粒子功能中斷的判定規(guī)則，存儲單元的隨機性單粒子翻轉(zhuǎn)得以區(qū)分和統(tǒng)計，從而指導芯片設計人員進行加固設計。