EDAC加固微处理器单粒子翻转截面的测试方法

edac加固微处理器单粒子翻转截面的测试方法
技术领域
1.本发明涉及单粒子效应测试技术领域，特指一种edac加固微处理器单粒子翻转截面的测试方法。


背景技术：

2.微处理器凭借其集成度高、运算能力强、io接口丰富等特点，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微处理器内部存储程序和数据的sram部件很容易在空间高能粒子的轰击下发生单粒子翻转效应(single-event upset，seu)而产生软错误，造成不可估量的损失。因此，准确测试微处理器对单粒子翻转效应的敏感程度尤为重要。
3.微处理器对单粒子翻转效应的敏感程度一般使用单粒子翻转截面来c表示。单粒子翻转截面c是指微处理器在具有一定let(linear energy transfer，传能线密度)的高能粒子轰击下会发生软错误的区域的面积。在地面测试微处理器的单粒子翻转截面时高能粒子一般是采用高能粒子加速器产生。如中国专利申请200780027325.7公开了一种单粒子翻转测试电路及方法，该方案即是通过将微处理器配置为扫描链模式来测试其内部存储单元的单粒子翻转效应；以及中国专利申请201810193529.8公开一种微处理器单粒子翻转截面的测试方法，该方案是通过分别测试微处理器内核、内部存储器和外设部件的单粒子翻转截面并求和来全面反映被测微处理器整体的单粒子翻转敏感程度。
4.但是当应用于航空、航天等恶劣辐射环境中时，微处理器内部存储程序和数据的sram部件往往需要采用edac(error detection and correction，错误检测与纠正)电路来进行抗单粒子翻转加固。当微处理器读取sram部件某个地址保存的多位数据时，edac电路就会对数据进行解码检查，如果发现数据发生seu(单粒子翻转)，edac电路就会进行纠正。而随着半导体工艺尺寸的缩减，一个高能粒子可能会导致微处理器内部sram部件中多个物理临近的存储位同时发生seu，即多位翻转效应(multi-bit upset，mbu)，这可能会导致sram部件一个地址保存的多位数据中发生seu的数据位数超过edac电路的可纠错位数，进而导致edac电路失效。
5.现有技术中地面测试微处理器的单粒子翻转截面时，为缩短测试时间通常是采用很高的注量率，注量率即为单位时间轰击到单位面积微处理器的高能粒子个数，例如测试时高能粒子注量率往往为实际空间高能粒子通量的1万倍以上。而实际空间中高能粒子的通量非常低，且如果高能粒子的注量率较高，edac加固微处理器的单粒子翻转截面就可能会被错误的高估。现有技术中微处理器单粒子翻转截面测试方法均未考虑高能粒子注量率对微处理器中edac电路抗单粒子翻转能力的影响，因而测试准确度、有效性并不高。


技术实现要素：

6.本发明解决的技术问题在于：针对现有技术存在的技术问题，提出一种实现方法简单、测试效率以及精度高的edac加固微处理器单粒子翻转截面的测试方法，能够考虑高
能粒子注量率对微处理器中edac电路抗单粒子翻转能力的影响，实现微处理器中edac电路抗单粒子翻转能力的高效、精准测试。
7.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
8.一种edac加固微处理器单粒子翻转截面的测试方法，步骤包括：
9.s1.配置用于测试被测edac加固微处理器的测试程序，并测试所述测试程序完成一次运行所用的时间t、所述测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积s；
10.s2.根据测试得到的所述测试程序完成一次运行所用的时间t、所述测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积s初始化高能粒子注量率f；
11.s3.按照所述高能粒子注量率f不断注入高能粒子辐照被测edac加固微处理器，并启动被测edac加固微处理器的所述测试程序，统计测试程序未在所述时间t内运行完成以及运行结果错误的软错误次数，直至总注入量达到预设值；
12.s4.根据步骤s3统计的所述软错误次数以及总注入量计算被测edac加固微处理器的单粒子翻转截面。
13.进一步的，所述步骤s2中，根据被测edac加固微处理器中edac电路可纠正的错误位数m、所述测试程序完成一次运行所用的时间t以及所述测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积s初始化所述高能粒子注量率f。
14.进一步的，所述步骤s2中，具体按照下式初始化所述高能粒子注量率f：
15.f＝(c0·
m)/(t
·
s)
16.其中，m是被测edac加固微处理器中edac电路可纠正的错误位数，c0为预设系数，t为测试程序完成一次运行所用的时间，s为述测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积。
17.进一步的，预设系数c0为0.1～1之间的实数。
18.进一步的，所述步骤s3的步骤包括：
19.s301.初始化软错误计数变量k＝0；
20.s302.按照所述高能粒子按注量率f辐照被测edac加固微处理器并开始统计总注量q；
21.s303.判断的当前总注量q是否达到预设值，如果是转入步骤s306，否则转步骤s304；
22.s304.控制被测edac加固微处理器启动运行所述测试程序，若所述测试程序在所述时间t内完成一次运行并输出运行结果则转s305，否则将软错误计数变量k的值增1后转步骤s303；
23.s305.判断所述测试程序当前输出的运行结果是否正确，如果正确则转步骤s303，否则将软错误计数变量k的值增1后转步骤s303；
24.s306.停止高能粒子辐照，输出当前软错误计数变量k的值以及当前总注入量。
25.进一步的，所述步骤s4中，按照下式计算所述被测edac加固微处理器的单粒子翻转截面c：
26.c＝k/q；
27.其中，k为软错误计数值，q为总注入量。
28.进一步的，所述被测edac加固微处理器中的edac电路具有纠一检二功能。
29.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明edac加固微处理器单粒子翻转截面的测试方法，通过先测试测试程序完成一次运行所用的时间、测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积，基于该时间、面积来初始化高能粒子注量率，再按照该高能粒子注量率辐照被测edac加固微处理器以实现算被测edac加固微处理器的单粒子翻转截面的测试，单粒子翻转截面测试时能够使用合适的高能粒子注量率而避免注量率过高，确保高能粒子辐照过程中微处理器中edac电路正常工作，从而使得edac电路的抗单粒子翻转能力不会受到影响，大大提高了edac加固微处理器单粒子翻转截面测试的准确程度。
附图说明
30.图1是本实施例edac加固微处理器单粒子翻转截面的测试方法的实现流程示意图。
31.图2是本发明具体应用实施例中实现edac加固微处理器单粒子翻转截面测试的详细实现流程示意图。
具体实施方式
32.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
33.随着半导体工艺尺寸的缩减，一个高能粒子可能会导致微处理器内部sram部件中多个物理临近的存储位同时发生seu，即多位翻转效应(multi-bit upset，mbu)，这可能会导致sram部件一个地址保存的多位数据中发生seu的数据位数超过edac电路的可纠错位数，导致edac电路失效。为抑制mbu造成的edac电路失效，在采用edac电路的同时通常会采用位交织技术，即让微处理器内部sram部件中物理临近的存储位分布在不同的地址，即使物理临近的多个存储位发生mbu，各发生翻转的存储位也均位于不同的地址，则一个地址保存的多位数据中发生翻转的数据位数不会超过edac电路的可纠错位数，确保了微处理器即使出现多位翻转edac电路也能完成翻转位的纠正。但是，如果高能粒子的注量率较高，edac电路两次检测同一个地址的间隔时间内轰击到微处理器的高能粒子数超过edac电路的可纠错位数，则edac电路仍可能失效。
34.本发明通过考虑上述问题，通过先测试测试程序完成一次运行所用的时间t、测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积s，基于该时间t、面积s来初始化高能粒子注量率f，再按照该高能粒子注量率f辐照被测edac加固微处理器以实现算被测edac加固微处理器的单粒子翻转截面c的测试。由于高能粒子注量率f是利用被测edac加固微处理器测试程序完成一次运行所用的时间t、该测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积s来确定得到的，能够避免注量率过高，确保高能粒子辐照过程中微处理器中edac电路正常工作，从而使得edac电路的抗单粒子翻转能力不会受到影响，大大提高了edac加固微处理器单粒子翻转截面测试的准确程度。
35.如图1所示，本实施例edac加固微处理器单粒子翻转截面的测试方法的具体步骤包括：
36.s1.配置用于测试被测edac加固微处理器的测试程序，并测试所述测试程序完成一次运行所用的时间t、所述测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积s；
37.s2.根据测试得到的测试程序完成一次运行所用的时间t、测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积s初始化高能粒子注量率f；
38.s3.按照高能粒子注量率f不断注入高能粒子辐照被测edac加固微处理器，并启动被测edac加固微处理器的所述测试程序，统计测试程序未在所述时间t内运行完成以及运行结果错误的软错误次数，直至总注入量达到预设值；
39.s4.根据步骤s3统计的软错误次数以及总注入量计算被测edac加固微处理器的单粒子翻转截面。
40.上述步骤s1中测试程序可采用如中国专利申请201810193529.8中公开的微处理器单粒子翻转截面的测试方法，以实现被测edac加固微处理器sram部件的面积s的测试，当然也可以根据实际需求采用现有技术中其他方式设计该测试程序。
41.本实施例步骤s2中，根据被测edac加固微处理器中edac电路可纠正的错误位数m、测试程序完成一次运行所用的时间t以及测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积s初始化所述高能粒子注量率f。考虑到微处理器内部sram部件中物理临近的存储位分布在不同的地址，即使物理临近的多个存储位发生mbu，各发生翻转的存储位也均位于不同的地址，则一个地址保存的多位数据中发生翻转的数据位数不会超过edac电路的可纠错位数，本实施例通过结合根据被测edac加固微处理器中edac电路可纠正的错误位数m、测试程序完成一次运行所用的时间t以及测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积s来综合确定高能粒子注量率f，能够合理的确定出适合的高能粒子注量率f而避免注量率过高影响测试精度。
42.本实施例步骤s2中，具体按照下式初始化高能粒子注量率f：
43.f＝(c0·
m)/(t
·
s)
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(1)
44.其中，m是被测edac加固微处理器中edac电路可纠正的错误位数，c0为预设系数，具体可取0.1～1之间的实数，优选的，c0可选择0.8。t为测试程序完成一次运行所用的时间，s为述测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积。
45.通过上式初始化高能粒子注量率f，能够综合被测edac加固微处理器中edac电路可纠正的错误位数m、测试程序完成一次运行所用的时间t以及测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积s，最终确定出一个最佳的高能粒子注量率f，从而进一步提高edac加固微处理器单粒子翻转截面的测试精度。
46.本实施例中，步骤s3的具体步骤包括：
47.s301.初始化软错误计数变量k＝0；
48.s302.按照所述高能粒子按注量率f辐照被测edac加固微处理器并开始统计总注量q；
49.s303.判断的当前总注量q是否达到预设值，如果是转入步骤s306，否则转步骤s304；
50.s304.控制被测edac加固微处理器启动运行所述测试程序，若所述测试程序在所述时间t内完成一次运行并输出运行结果则转s305，否则将软错误计数变量k的值增1后转
步骤s303；
51.s305.判断所述测试程序当前输出的运行结果是否正确，如果正确则转步骤s303，否则将软错误计数变量k的值增1后转步骤s303；
52.s306.停止高能粒子辐照，输出当前软错误计数变量k的值以及当前总注入量。
53.本实施例步骤s4中，具体按照下式计算被测edac加固微处理器的单粒子翻转截面c：
54.c＝k/q(2)
55.其中，k为软错误计数值，q为总注入量，总注入量即为轰击到单位面积微处理器的高能粒子个数。即高能粒子总注量为q时，在这些高能粒子轰击下微处理器发生的软错误数为k，则被测edac加固微处理器的单粒子翻转截面c＝k/q。
56.上述步骤s3中总注量的预设值具体可按照满足qj10005a-2018中对高能粒子总注量的要求进行设定。
57.在具体应用实施例中，上述被测edac加固微处理器中的edac电路具有纠一检二功能，即纠正1位错，发现2位错，如可采用纠一检二的扩展汉明码编解码电路。上述edac电路也可以采用其他的具有纠m检n(m＜n)功能的纠检错电路，具体可以根据实际需求配置。
58.以下以在具体应用实施例中采用本发明上述方法实现对某型号edac加固微处理器进行单粒子翻转测试为例，对本发明进行进一步说明，如图2所示，详细步骤如下：
59.步骤1，设计被测edac加固微处理器的测试程序，该测试程序可输出运行结果，并测得该测试程序完成一次运行所用的时间t(具体测得为t＝0.5秒)，该测试程序运行使用到的被测edac加固微处理器sram部件的面积s(具体测得为s＝1.6
×
10-3cm2)。
60.步骤2，按照式(1)初始化高能粒子注量率f，其中被测edac加固微处理器中edac电路可纠正的错误位数m具体取1，c0选择0.8，得到
61.步骤3，按照高能粒子注量率f不断注入高能粒子辐照被测edac加固微处理器，并启动被测edac加固微处理器的所述测试程序，统计测试程序未在所述时间t内运行完成以及运行结果错误的软错误次数，直至总注入量达到预设值。
62.步骤3.1.初始化软错误计数变量k＝0。
63.步骤3.2.使用高能粒子按注量率辐照被测edac加固微处理器并开始统计总注量q。
64.步骤3.3.判断高能粒子总注量q是否达到预设值，如果是则转步骤4，否则转步骤s3.4。
65.步骤3.4.被测edac加固微处理器启动运行上述测试程序，若上述测试程序在t时间内完成一次运行并输出运行结果，转步骤3.5，否则k值增1，转步骤3.3。
66.步骤3.5.如果上述测试程序输出的运行结果正确，转步骤3.3，否则k值增1，转步骤3.3。
67.步骤4，停止高能粒子辐照，按照式(2)计算被测edac加固微处理器的单粒子翻转截面c＝k/q。
68.上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的
内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。