CN111273163B - 一种微处理器单粒子闩锁效应的测试方法及测试*** - Google Patents
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Abstract
一种微处理器单粒子闩锁效应的测试方法及测试***,该方法包括:S1:为被测微处理器供电并监控供电电流和运行状态,用高能粒子辐照并统计总注量Q;S2:若Q达预定值转S7,否转S3;S3:若电流超过指定值转S5,否转S4;S4:若发现运行状态异常转S5,否转S2;S5:暂停辐照,不断电重启被测微处理器,若电流不大于指定值且运行状态正常则恢复辐照转S2,否转S6;S6:K值增1,断电重启被测微处理器,若电流未超过指定值且运行状态正常则恢复辐照转S2,否判断发生SEB转S7;S7:停止辐照,计算被测微处理器单粒子闩锁截面C=K/Q。该***依据上述方法来实施。本发明能够准确判断微处理器单粒子闩锁效应的发生,提高微处理器单粒子闩锁效应评估的准确度。
Description
技术领域
本发明主要涉及到微处理器的检测技术领域,特指一种微处理器单粒子闩锁效应的测试方法及测试***。
背景技术
现代微处理器凭借其集成度高、功能复杂等特点,在航空、航天领域得到了越来越广泛的应用。然而,应用于航空、航天等恶劣辐射环境的现代微处理器很容易受到单粒子效应(Single-Event Effect,SEE)的影响而发生错误甚至失效,造成不可估量的损失。因此,准确评估微处理器对单粒子闩锁效应的敏感程度尤为重要。主要的单粒子效应包括单粒子闩锁效应(Single-Event Latch-up,SEL)、单粒子翻转效应(Single-Event Upset,SEU)、单粒子烧毁效应(Single-Event Burnout,SEB)等。
传统的微处理器单粒子闩锁效应的测试方法是电流监测法。中华人民共和国航天行业标准《QJ10005-2008宇航用半导体器件重离子单粒子效应试验指南》中用监测电源电流突然增加的方法测试集成电路的单粒子闩锁效应。当电流超过规定值则判定为发生单粒子闩锁效应。电流规定值一般优选为集成电路正常工作电流的1.5倍至2倍。
然而,随着微电子工艺水平的进步,现代微处理器集成度高、功耗大,功耗管理复杂,按照传统单粒子闩锁效应的测试方法进行单粒子闩锁效应测试会发生误报和漏报。
首先,现代微处理器的内部模块众多,正常工作时内部各模块通常并非全部开启,而是通过微处理器内部的电源管理单元选择性地开启,以节省功耗。当进行该类微处理器的单粒子闩锁试验时,其内部电源管理单元可能会在高能粒子辐照下因单粒子翻转效应而错误开启正常工作时未开启的内部模块,使微处理器的电源电流超过规定值,但此时并未发生单粒子闩锁效应,从而发生单粒子闩锁效应的误报。
其次,现代微处理器集成度高,功耗高,当内部某模块受单粒子闩锁效应影响而发生电流增大时,由于微处理器整体的供电电流大,如果局部电流的增加不能使整体电流的增加超过电流规定值,就会发生单粒子闩锁效应的漏报。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题,本发明提供一种能够准确判断微处理器单粒子闩锁效应的发生,提高微处理器单粒子闩锁效应评估的准确度的微处理器单粒子闩锁效应的测试方法及测试***。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种微处理器单粒子闩锁效应的测试方法,其包括:
步骤S1:为被测微处理器供电并监控供电电流,被测微处理器运行微处理器测试程序,初始化单粒子闩锁计数变量K为0,用高能粒子辐照被测微处理器并开始统计总注量;
步骤S2:若高能粒子总注量达到预定值,预定值满足预设阈值中对高能粒子总注量的要求,则转步骤S7,否则转步骤S3;
步骤S3:若发现供电电流超过电流指定值,则转步骤S5,否则转步骤S4;
步骤S4:若发现微处理器测试程序运行状态异常,则转步骤S5,否则转步骤S2;
步骤S5:暂停高能粒子辐照,不断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序,若供电电流未超过电流指定值且微处理器测试程序运行状态正常,则恢复高能粒子辐照,转步骤S2,否则转步骤S6;
步骤S6:K值增1,断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序,若供电电流未超过电流指定值且微处理器测试程序运行状态正常,则恢复高能粒子辐照,转步骤S2,否则判断发生SEB,转步骤S7;
步骤S7:停止高能粒子辐照,计算被测微处理器单粒子闩锁截面C。
作为本发明方法的进一步改进:所述步骤S1中所述供电电流的指定值为被测微处理器运行微处理器测试程序时正常工作电流的1.5倍至2倍。
作为本发明方法的进一步改进:所述被测微处理器单粒子闩锁截面C=K/Q,Q为被测微处理器进行单粒子闩锁试验时的高能粒子总注量。
作为本发明方法的进一步改进:所述步骤S5中,用来测试的控制器不断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序。
作为本发明方法的进一步改进:所述步骤S7中,用来测试的控制器断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序。
一种微处理器单粒子闩锁效应的测试***,其包括控制器和电源;所述控制器连接被测微处理器和所述电源,与被测微处理器双向通信,控制被测微处理器运行微处理器测试程序并监控其运行状态是否正常,读取电源的供电电流并控制其供电或断电,进行变量操作、逻辑判断和计算,统计单粒子闩锁次数;所述电源连接被测微处理器和控制器,用来为被测微处理器供电并监控供电电流。
作为本发明***的进一步改进:所述被测微处理器连接控制器和电源,与控制器双向通信,运行微处理器测试程序,该测试程序的运行状态用来反映被测微处理器的运行状态是否正常。
作为本发明***的进一步改进:所述电源向控制器报告供电电流,并根据控制器要求供电或断电。
作为本发明***的进一步改进:所述电源的供电电流的指定值为被测微处理器运行微处理器测试程序时正常工作电流的1.5倍至2倍。
作为本发明***的进一步改进:所述处理器包括一个内核、一个内部存储器,以及外部存储器总线接口EMIF、直接存储访问控制器DMA、多通道缓冲串口McBSP三个外设部件,并有3.3V和1.2V两路电源端口。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明的一种微处理器单粒子闩锁效应的测试方法及测试***,利用微处理器发生单粒子闩锁效应时会同时出现功能异常且非断电不可恢复的特性,在微处理器发生供电电流增大或功能异常时对微处理器功能状态进行不断电复位重启,然后判断功能和供电电流是否恢复正常来判断是否发生单粒子闩锁效应,消除了单粒子闩锁效应误报和漏报的可能。
附图说明
图1是本发明测试方法的流程示意图。
图2是本发明在具体应用实例中测试***的结构原理示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示,本发明的一种微处理器单粒子闩锁效应的测试方法,其包括:
步骤S1:为被测微处理器供电并监控供电电流,被测微处理器运行微处理器测试程序,初始化单粒子闩锁计数变量K为0,用高能粒子辐照被测微处理器并开始统计总注量。
步骤S2:若高能粒子总注量达到预定值,预定值满足QJ10005-2008中对高能粒子总注量的要求,则转步骤S7,否则转步骤S3。
步骤S3:若发现供电电流超过电流指定值,则转步骤S5,否则转步骤S4。
在具体应用实例中,优选电流指定值为被测微处理器运行微处理器测试程序时正常工作电流的1.5倍至2倍。
步骤S4:若发现微处理器测试程序运行状态异常,则转步骤S5,否则转步骤S2。
步骤S5:暂停高能粒子辐照,不断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序,若供电电流未超过电流指定值且微处理器测试程序运行状态正常,则恢复高能粒子辐照,转步骤S2,否则转步骤S6。
步骤S6:K值增1,断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序,若供电电流未超过电流指定值且微处理器测试程序运行状态正常,则恢复高能粒子辐照,转步骤S2,否则判断发生SEB,转步骤S7。
步骤S7:停止高能粒子辐照,计算被测微处理器单粒子闩锁截面C,C=K/Q。Q为被测微处理器进行单粒子闩锁试验时的高能粒子总注量。
如图2所示,本发明进一步提供一种微处理器单粒子闩锁效应的测试***,包括控制器和电源。被测微处理器连接控制器和电源,与控制器双向通信,运行微处理器测试程序,该测试程序的运行状态能够反映被测微处理器的运行状态是否正常;控制器连接被测微处理器和电源,与被测微处理器双向通信,控制被测微处理器运行微处理器测试程序并监控其运行状态是否正常,读取电源的供电电流并控制其供电或断电,进行变量操作、逻辑判断和计算,统计单粒子闩锁次数;电源连接被测微处理器和控制器,为被测微处理器供电并监控供电电流,向控制器报告供电电流,并根据控制器要求供电或断电。
结合图1,上述单粒子闩锁测试***的工作流程为:
步骤S1:单粒子闩锁测试***的电源为被测微处理器供电并监控供电电流,被测微处理器运行微处理器测试程序,初始化单粒子闩锁计数变量K为0,用高能粒子辐照被测微处理器并开始统计总注量。
步骤S2:若高能粒子总注量达到预定值,预定值满足QJ10005-2008中对高能粒子总注量的要求,则转步骤S7,否则转步骤S3。
步骤S3:若单粒子闩锁测试***的控制器发现供电电流超过电流指定值,则转步骤S5,否则转步骤S4。优选电流指定值为被测微处理器运行微处理器测试程序时正常工作电流的1.5倍至2倍。
步骤S4:若单粒子闩锁测试***的控制器发现微处理器测试程序运行状态异常,则转步骤S5,否则转步骤S2。
步骤S5:暂停高能粒子辐照,单粒子闩锁测试***的控制器不断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序,若供电电流未超过电流指定值且微处理器测试程序运行状态正常,则恢复高能粒子辐照,转步骤S2,否则转步骤S6。
步骤S6:K值增1,单粒子闩锁测试***的控制器断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序,若供电电流未超过电流指定值且微处理器测试程序运行状态正常,则恢复高能粒子辐照,转步骤S2,否则判断发生SEB,转步骤S7。
步骤S7:停止高能粒子辐照,计算被测微处理器单粒子闩锁截面C,C=K/Q。Q为被测微处理器进行单粒子闩锁试验时的高能粒子总注量。
结合上述本发明提供的方法和***,在一个具体应用实例中对某型号微处理器进行单粒子闩锁效应测试。该处理器包括一个内核、一个内部存储器,以及外部存储器总线接口EMIF、直接存储访问控制器DMA、多通道缓冲串口McBSP三个外设部件,并有3.3V和1.2V两路电源端口。
具体实施步骤如下:
第一步:构建单粒子闩锁测试***。单粒子闩锁测试***由作为控制器的FPGA和作为电源的程控电压源组成。被测微处理器连接FGPA和程控电压源,可以与FPGA双向通信,也可运行测试程序,该测试程序的运行状态反映了内核、内部存储器、EMIF、DMA和McBSP的运行状态是否正常;FPGA具有多个端口,分别连接被测微处理器和程控电压源,可以与被测微处理器双向通信,可以控制微处理器复位重启测试程序,可以监控测试程序的运行状态是否正常,可以读取程控电压源的供电电流并控制其供电或断电,也可以进行变量操作、逻辑判断和计算,统计单粒子闩锁次数;程控电压源连接被测微处理器和FPGA,输出3.3V和1.2V两路电源为被测微处理器供电,向FPGA报告供电电流,并根据FPGA要求供电或断电。
第二步:程控电压源为被测微处理器供电并监控3.3V和1.2V两路供电电流,被测微处理器运行微处理器测试程序,初始化单粒子闩锁计数变量K为0,测量被测微处理器运行微处理器测试程序时的两路供电电流分别为I1和I2,计算Ith1=I1×1.5,Ith2=I2×1.5,用高能粒子辐照被测微处理器并开始统计总注量。
第三步:若高能粒子总注量达到107个粒子·cm-2,则转第八步,否则转第四步。
第四步:若FPGA发现3.3V电源供电电流大于Ith1或1.2V电源供电电流大于Ith2,则转第六步,否则转第五步。
第五步:若FPGA发现微处理器测试程序运行状态异常,则转第六步,否则转第三步。
第六步:暂停高能粒子辐照,FPGA不断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序,若3.3V电源供电电流不大于Ith1且1.2V电源供电电流不大于Ith2且微处理器测试程序运行状态正常,则恢复高能粒子辐照,转第三步,否则转第七步。
第七步:K值增1,FPGA断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序,若3.3V电源供电电流不大于Ith1且1.2V电源供电电流不大于Ith2且微处理器测试程序运行状态正常,则恢复高能粒子辐照,转第三步,否则判断发生SEB,转第八步。
第八步:停止高能粒子辐照,计算被测微处理器单粒子闩锁截面C,C=K/Q。Q为被测微处理器进行单粒子闩锁试验时的高能粒子总注量。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种微处理器单粒子闩锁效应的测试方法,其特征在于,包括:
步骤S1:为被测微处理器供电并监控供电电流,被测微处理器运行微处理器测试程序,初始化单粒子闩锁计数变量K为0,用高能粒子辐照被测微处理器并开始统计总注量;
步骤S2:若高能粒子总注量达到预定值,预定值满足预设阈值中对高能粒子总注量的要求,则转步骤S7,否则转步骤S3;
步骤S3:若发现供电电流超过电流指定值,则转步骤S5,否则转步骤S4;
步骤S4:若发现微处理器测试程序运行状态异常,则转步骤S5,否则转步骤S2;
步骤S5:暂停高能粒子辐照,不断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序,若供电电流未超过电流指定值且微处理器测试程序运行状态正常,则恢复高能粒子辐照,转步骤S2,否则转步骤S6;
步骤S6:K值增1,断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序,若供电电流未超过电流指定值且微处理器测试程序运行状态正常,则恢复高能粒子辐照,转步骤S2,否则判断发生SEB,转步骤S7;
步骤S7:停止高能粒子辐照,计算被测微处理器单粒子闩锁截面C。
2.根据权利要求1所述的微处理器单粒子闩锁效应的测试方法,其特征在于,所述步骤S1中所述供电电流的指定值为被测微处理器运行微处理器测试程序时正常工作电流的1.5倍至2倍。
3.根据权利要求1或2所述的微处理器单粒子闩锁效应的测试方法,其特征在于,所述被测微处理器单粒子闩锁截面C=K/Q,Q为被测微处理器进行单粒子闩锁试验时的高能粒子总注量。
4.根据权利要求1或2所述的微处理器单粒子闩锁效应的测试方法,其特征在于,所述步骤S5中,用来测试的控制器不断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序。
5.根据权利要求1或2所述的微处理器单粒子闩锁效应的测试方法,其特征在于,所述步骤S7中,用来测试的控制器断电复位被测微处理器并重新运行微处理器测试程序。
6.一种基于权利要求1至5任意一项所述的微处理器单粒子闩锁效应的测试方法的测试***,其特征在于,包括控制器和电源;所述控制器连接被测微处理器和所述电源,与被测微处理器双向通信,控制被测微处理器运行微处理器测试程序并监控其运行状态是否正常,读取电源的供电电流并控制其供电或断电,进行变量操作、逻辑判断和计算,统计单粒子闩锁次数;所述电源连接被测微处理器和控制器,用来为被测微处理器供电并监控供电电流。
7.根据权利要求6所述的微处理器单粒子闩锁效应的测试***,其特征在于,所述被测微处理器连接控制器和电源,与控制器双向通信,运行微处理器测试程序,该测试程序的运行状态用来反映被测微处理器的运行状态是否正常。
8.根据权利要求6所述的微处理器单粒子闩锁效应的测试***,其特征在于,所述电源向控制器报告供电电流,并根据控制器要求供电或断电。
9.根据权利要求6所述的微处理器单粒子闩锁效应的测试***,其特征在于,所述电源的供电电流的指定值为被测微处理器运行微处理器测试程序时正常工作电流的1.5倍至2倍。
10.根据权利要求6-9中任意一项所述的微处理器单粒子闩锁效应的测试***,其特征在于,所述处理器包括一个内核、一个内部存储器,以及外部存储器总线接口EMIF、直接存储访问控制器DMA、多通道缓冲串口McBSP三个外设部件,并有3.3V和1.2V两路电源端口。
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