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数字集成电路故障模型研究及故障注入平台设计

作　者: 江丽君
导　师: 彭喜元
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 数字集成电路故障模型 FPGA 故障注入
分类号: TN431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着数字集成芯片的深入应用，对于数字芯片稳定性的要求也越来越高，为保证芯片始终处于正常状态就需要不断重复进行测试以及容错修复的过程，而在测试或容错算法的研究过程中需要有有效的验证评估方法来支持。故障注入技术做为一种可靠性的验证方法一直为研究人员所青睐，被广泛应用于各系统的稳定性评估，以及测试容错算法的有效性验证中。本文正是针对数字集成电路中的易发故障进行研究，并搭建出通用型的数字集成电路故障注入平台。本文首先从故障模型入手，对数字电路中包括固定故障、翻转故障、延迟故障、桥接故障以及间歇故障这几种易发故障进行分析，具体阐述了故障产生的物理原因，以及每种故障在激活后表现出的逻辑行为，通过提取故障控制参数，建立出可综合故障模型。本课题设计了一个针对数字集成电路的通用型故障注入平台DFIT（Digital-IC-based fault injection tool），以实现自动化注入、精确控制故障行为的目标。并对平台的整体架构和需求分析进行了详细说明，同时具体阐述了平台的各个组成模块包括故障注入器、故障参数选择器、故障时钟模块、通讯模块以及故障管理器等的功能、设计和验证。本平台支持门级以上的数字集成电路的定点自动多故障注入，可通过实时改变故障属性来控制故障行为，且具有故障复现性。最后，通过在国际标准电路集ISCAS’85/89上进行仿真，以遍历激励的测试方式来验证平台注入故障的有效性，并进一步在板级电路实验验证本平台的可操作性及可控性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-17
  1.1 研究背景及意义  8-10
    1.1.1 研究背景  8-9
    1.1.2 研究目的及意义  9-10
  1.2 故障注入技术的研究现状  10-15
    1.2.1 故障注入技术的发展历程  11-12
    1.2.2 国内外在该领域的研究现状  12-14
    1.2.3 故障注入的方法选择及发展方向  14-15
  1.3 本文主要研究内容及组织结构  15-17
第2章数字集成电路故障的研究及模型建立  17-35
  2.1 引言  17-18
  2.2 故障模型的建立及验证  18-34
    2.2.1 固定型故障模型  19-22
    2.2.2 翻转型故障模型  22-24
    2.2.3 延迟型故障模型  24-26
    2.2.4 桥接型故障模型  26-31
    2.2.5 间歇型故障模型  31-34
  2.3 本章小结  34-35
第3章数字集成电路故障注入平台的需求分析  35-41
  3.1 故障注入原理及故障注入工具设计目标  35-36
  3.2 故障注入平台设计的需求分析  36-40
    3.2.1 平台整体架构分析  37-38
    3.2.2 平台软件部分需求分析  38-39
    3.2.3 平台硬件部分需求分析  39-40
  3.3 本章小结  40-41
第4章故障注入平台硬件设计  41-51
  4.1 引言  41
  4.2 Genesys Virtex-5 开发板简介  41-42
  4.3 故障时钟设计  42-45
  4.4 串口通讯设计  45-49
    4.4.1 故障信息序列生成协议  45
    4.4.2 RS232 串口设计  45-49
  4.5 故障管理器设计  49-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章故障注入平台软件设计及使用介绍  51-59
  5.1 引言  51
  5.2 故障注入器软件设计  51-53
  5.3 故障参数选择器软件设计  53-55
    5.3.1 故障地址选择  54
    5.3.2 故障模型参数选择  54-55
  5.4 用户界面设计及平台使用流程  55-58
  5.5 本章小结  58-59
第6章数字集成电路故障注入平台实验验证  59-69
  6.1 引言  59
  6.2 仿真验证及分析  59-62
  6.3 板级验证及分析  62-67
  6.4 本章小结  67-69
结论  69-70
参考文献  70-77
攻读学位期间发表的学术论文  77-79
致谢  79-80

数字集成电路故障模型研究及故障注入平台设计

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