FPGA威廉希尔官方网站 动态老化技术研究

         1 引言　　
        FPGA 是现场可编程门阵列（Field ProgrammingGate Array）的缩写，用户可以编写程序对FPGA 内部的逻辑模块和I/O 模块重新配置，以实现芯片的逻辑功能。近年来，FPGA芯片以其大规模、高集成度、高可靠性、投资少、保密性好、开发方便、使用灵活、可在线编程等优点得到了广泛的应用。随着FPGA 威廉希尔官方网站 在军工和航空航天领域的应用，其高可靠性尤为重要，为了提高威廉希尔官方网站 的可靠性，最好的方法是对威廉希尔官方网站 进行筛选，其中老化试验就是筛选过程中最为重要的环节之一。
　　考虑到FPGA 威廉希尔官方网站 的工作模式比较复杂，外部需要存储器或者FLASH 对其进行配置，FPGA 才能动态工作，因此国内一般的FPGA 老化技术都采用了静态老化试验方法。这种静态老化试验方法存在着一定的缺陷，威廉希尔官方网站 在老化过程中并没有受到真正的应力，因此并不能真正剔除掉早期失效的产品，其可靠性得不到保证。对FPGA 威廉希尔官方网站 动态老化的研究，提高老化试验条件的严酷度，即可保证威廉希尔官方网站 的高可靠性要求。
　　2 动态老化试验
　　集成威廉希尔官方网站 的动态老化理论上要求威廉希尔官方网站 在其最高温度工作条件下完全模拟实际工作状态，威廉希尔官方网站 内部的逻辑单元都有机会得到翻转，对于一般数字集成威廉希尔官方网站 都需要外部提供功能测试码来驱动威廉希尔官方网站 工作。
　　对于FPGA 威廉希尔官方网站 的动态老化试验来说，功能测试码是存储在外部存储器中的配置程序，将程序配置到FPGA 威廉希尔官方网站 内部，使内部的门阵列全部工作起来，实现高覆盖率的逻辑节点的翻转，让其按照规定的功能工作。因此本研究工作的关键在如何进行FPGA威廉希尔官方网站 的程序配置。
　　3 FPGA设计流程
　　完整的FPGA 设计流程包括逻辑威廉希尔官方网站 设计输入、功能仿真、综合及时序分析、实现、加载配置、调试。FPGA 配置就是将特定的应用程序设计按FPGA设计流程转化为数据位流加载到FPGA 的内部存储器中，实现特定逻辑功能的过程。由于FPGA 威廉希尔官方网站 的内部存储器都是基于RAM 工艺的，所以当FPGA威廉希尔官方网站 电源掉电后，内部存储器中已加载的位流数据将随之丢失。所以，通常将设计完成的FPGA 位流数据存于外部存储器中，每次上电自动进行FPGA威廉希尔官方网站 配置加载。
　　4 FPGA配置原理
　　以Xilinx公司的Qpro Virtex Hi-Rel系列XQV100威廉希尔官方网站 为例，FPGA的配置模式有四种方案可选择：MasterSerial Mode，Slave Serial Mode，Master selectMAPMode，Slave selectMAP Mode。配置是通过芯片上的一组专/ 复用引脚信号完成的，主要配置功能信号如下：
　　（1）M0、M1、M2：下载配置模式选择；
　　（2）CLK：配置时钟信号；
　　（3）DONE：显示配置状态、控制器件启动；
　　（4）PROG_B：初始化引出端；
　　（5）INT_B：配置延迟控制，配置错误显示；
　　（6）DOUT：菊花链中的配置数据输出。
　　（7）DIN：串行数据输入；
　　FPGA 威廉希尔官方网站 在选定模式下的配置过程包括四个主要阶段：
　　（1）清除FPGA 威廉希尔官方网站 内部配置存储器；
　　（2）初始化FPGA 威廉希尔官方网站 配置逻辑功能；
　　（3）加载FPGA 威廉希尔官方网站 配置数据流；
　　（4）FPGA 威廉希尔官方网站 配置完成，启动威廉希尔官方网站 就绪序列。
　　主串模式威廉希尔官方网站 连接图见图1。
　　系统或芯片上电后，信号引脚PROG_B被拉低，FPGA的配置RAM存储器清空；同样，PROG_B上的逻辑低电平将会复位配置逻辑，并使FPGA 保持在清空配置存储器状态。只要PROG_B 引脚保持低电平，则FPGA 将继续清空它的配置RAM存储器，并使INIT_B 信号保持为低电平以表明配置在被清空。
　　当PROG_B被释放时，FPGA将继续使INIT_B保持低电平，直到完成清空所有的配置存储器。FPGA 在INIT_B信号的上升沿检测其模式引脚M0、M1、M2。
　　INIT_B 信号变为高电平后，配置就可以开始了，不需要额外的暂停或等待周期。但是，配置过程不必在INIT_B 变化之后就立即开始。配置逻辑只有当位流的同步字被载入时才开始处理数据。当上电清除配置RAM存储器后，INIT_B信号引脚变高电平，可以开始载入配置数据：标准的位流首先是引入空闲字FFFFFFFFh，其次是同步字AA995566h，然后是一些配置控制信息，紧跟其后的才是真正的位流数据帧和相关的CRC；位流的最后是CRC 校验和启动芯片进入工作态。FPGA 威廉希尔官方网站 配置流程图如图2 所示。