一种抗SEU存储器电路的FPGA设计

　　随着我国航空航天事业的迅猛发展，卫星的应用越来越广泛。然而，太空环境复杂多变，其中存在着各种宇宙射线与高能带电粒子，它们对运行于其中的电子器件会产生各种辐射效应。辐射效应对电子器件的影响不可忽视，因为辐射会使器件的性能参数发生退化，以至失效，从而影响卫星的可靠运行，缩短卫星的使用寿命。辐射效应对电子器件的影响很多，其中最主要的有总剂量效应(TID)和单粒子效应(S-EE)。SEE按产生的影响主要包括单粒子翻转(SEU)、单粒子闩锁(SEL)和单粒子烧毁(SEB)等三种类型，其中以SEU最为常见。在各种辐射效应当中，存储器对SEU最为敏感，所以，对存储器的抗辐射设计首先要考虑的就是抗SEU设计。

　　事实上，不同的空间环境和应用需求，对存储器的数量与质量也有不同的要求。例如：在上传指令与下载星载仪器仪表的状态时，要求数据有很高的可靠性，此时对内存容量则没有特别的要求;而在处理某些用途的图像数据时，对数据可靠性的要求则相应较低，此时则需要较大的内存容量。所以在采用具体的抗SEU方法时，也要因其不同情况而做出适合的选择。

　　本文将采用扩展汉明码编码(Extended Hamming Code)与三模冗余(Triple Modular Redundancy，TMR)相结合的方法，并利用二者检错纠错的不同特点，来对SRAM进行检错纠错模式可调的抗SEU设计。这样既可实现存储器的抗SEU设计。又可满足对存储器使用灵活性的要求。

　　1 扩展汉明码与TMR检错纠错原理

　　1.1 扩展汉明码检错纠错原理

　　扩展汉明码是一种常用的能检测两位错同时能纠正一位错的编码方法。它是在汉明码的基础上.在码字上再加入一个对所有码元都进行校验的校验位而得到的，故称为扩展汉明码。

　　扩展汉明码是线性分组码的一种，其信息位和监督位的关联可由一组线性代数方程组表示。(n，k)线性分组码的编码就是去建立由r(其中r=n-k)个生成冗余位的方程式构成的方程组，再由此方程组转化为kxn的生成矩阵G。编码时，可将信息位向量(k维)乘以生成矩阵G，从而得到码字向量(n维)，如下式所示：

　　将式(1)表示的方程组作移位变换，可以得到式(2)，通常称H为监督矩阵。

　　解码时，通过监督矩阵H与读出的码字向量C的乘积结果可判断该码字是否出错。若读出的码字向量C乘上监督矩阵H后得到一个零向量，则表示没有出错;否则表示码字在存储之后受到了单粒子效应的影响，有错误发生。通常将监督矩阵与读出的码字向量C的乘积记作S，称为校验子。当码字中某一位发生错误时，就会得到唯一的S向量，该向量只与码字出错的位置有关，而与码字C无关。通过S向量可以定位出错的位置，并对出错数据进行改正。