FPGA故障注入工具Flipper

FLIPPER是一套在旨在评估Xilinx VirtexII系列SRAM-FPGA上单粒子翻转（SEU）效应的工具，即用来模拟内部资源中的由于辐射引起的单粒子翻转效应，来配置内存和重新配置逻辑。

在基于静态存储的FPGA中，用户设计是通过配置存储在静态存储单元中的数据来实现的，这些存储单元可以动态重配置先验无限次数。在静态存储中的单粒子翻转事件通过（“1”转“0”和“0”转“1”）来表示翻转效果，一般称为位翻转。

由于基于测试的设计是在一块放在控制板上的单独的DUT板上进行实施，FLIPPER在建立故障注入时便可提供高度的灵活性。这样就允许通过实施相应的DUT板和评估不同设备上的一个单一设备来实现测试不同的设备。此外还可以得到各种不同的测试工作频率，也可以在一个广泛的范围内定义测试信号的数量。

SEU是通过比特流操纵注入的。单个和多个SEU都可以注入。在多SEU情况下，同框架中的两个相邻位被同时修改一次。DUT行使一整套的测试向量之后，都会执行一次单一注射。注射的效果则取决于总结以往的影响。

注入SEU在比特流中的位置可以是随机、顺序、或由用户定义的。顺序意思是在配置存储器或配置控制寄存器中的比特流中的每一个字节都是通过顺序访问来获取和修改的。用户定义的意思是，通过文本文件来选定位置进行注射。

FLIPPER提供从Mentor导入的接口，FLIPPER的注射结果可以很容易的导入到工作表格或数据库中。

系统描述：

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l 该系统包括三个主要部分：

Ø 一个灵活的基于FPGA板（控制板），以规范故障注入程序；

Ø 一个DUT（被测设备）板，包含要测试的FPGA，XQ2VR6000设备；

Ø 一台个人电脑。

FLIPPER管理多达150个三重测试信号，包括一个同步测试时钟（朝向DUT）、以及从DUT出来的的120个三重信号。连续运行的最大深度为100 MHz的时钟速率3.5K样品。然而，完全同步DUT的设计时，在最大深度上时没有限制的，可以暂停测试时钟。

此外，50，10和5 MHz的频率也是可以的。

在测试环境下，为了实现将基于XTMR解决方案的三投输出植入到设计里，需要将DUT FPGA的引脚连接到DUT板上形成三胞胎。

特点：

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控制板上设有一个XC2VP20 FF896，128 Mbit闪存，1千兆位SDRAM内存，一个8051微处理器，配置PROM，P160扩展接口（Memec），和DUT接口。控制板原则上可以充分测试V2、V2 Pro、V4，以及有局限的下一代设备。DUT I/O接口的数量的限制可以有P20的数量定。DUT板的I / O引脚的总数是416。

Xilinx的VIRTEX-II PRO FPGA

XC2VP20-5 FF896

- 20.880逻辑单元 (相当于二百万个门)

- 56 x 46 CLB 阵列

- 9.280 Slices

- 290 kbits最大分布式 RAM

- 88 Select RAM 模块 (每个有18-Kbit ) 总共1584kbits

- 88 专用乘法器(18x18)

- 8 DCM的块频率(24MHz 每分钟，最大420MHz )

- 2 Power PC 处理器

- 8 RocketIO收发器模块3.15Gbps (未连接)

DEDICATED USB 2.0 CONTROLLER

Cypress FX-2 CY7C68013-56PVC

- integrated 8051 CPU

- 48 MHz CPU clock

- up to 25 MByte/s constant data throughput

- with standard USB2 driver and firmware

TWO SDRAM MEMORY DEVICES (DDR multifootprint ready)

Micron MT48LC32M16A2TG-75

- Capacity 128 MByte

- Organization 32M x 32bit

- Cycle time 10 ns

- no shared pins

Ready to drive DDR memory

- Capacity up to 256 Mbyte

- X4 speed

TWO FLASH MEMORY DEVICES

Intel TE28F640J3C115 S L7GZ

- Capacity 16 MByte

- Organization 4M x 32bit

- Cycle time 10 ns

- no shared pins

XILINX PLATFORM FLASHXCF08PV048C

- ISP

CHIP FOR TEMPERATURE CONTROLNational LM 83

- bus I2C

- flag threshold

- Ambient temperature

- Control FPGA temperature

- FPGA Under Test temperature

NON VOLATILE MEMORY

- 32 kByte I2C E2PROM for Cypress configuration

TWO INDEPENDENT OSCILLATORS

- two customizable frequencies

JTAG CONNECTOR

- Standard XILINX 14-pin JTAG header

TWO CONNECTOR P240

- DUT-Board Link high density high speed ( 0.5mm,1.6GHz)

- 376 I/O user available

CONNECTOR P160

- Standard Memec connector for standardexpansion boards

- shared pins with P240 CONN.

TEST CONNECTOR P60

- Accessible 2 mm test connector

- Ground and all power supply voltages including

DC IN

- 40 I/O 用户可用

LED

- 电源 LED

- FPGA 配置 LED

尺寸

- 22 cm x 12 cm

软件和驱动

- Standard USB2 driver included- Designed forWindows XP, Windows 2000

- Data communication via USB 2.0

- fault injection capability

单一电源供应

- Volt DC, 10A max.

- electrically isolated DC/DC converter

- 15A switching 1.5Volt voltage regulator

- 15A switching 2.5Volt voltage regulator

- 6A switching 3.3Volt voltage regulator

- 1.5A linear 1.8Volt voltage regulator