The Fault-tolerant Single-FPGA Systems with a Self-repair Reconfiguration Controller

Odolnost proti poruchám, řadič částečné dynamické rekonfigurace, FPGA, vyhodnocení odolnosti proti poruchám

Odolnost proti poruchám v elektronických systémech je nezbytná obzvláště v náchylných prostředích, jako je vesmír. FPGA, která lze použít k urychlení různých výpočtů, jsou však náchylná k selhání konfigurační paměti, ta určuje jejich funkci. Oprava těchto poruch je nezbytná pro zvýšení odolnosti systému. K tomuto účelu je nezbytný řadič částečné dynamické rekonfigurace. Abychom navrhli komplexní systém uvnitř jednoho FPGA, je nutné řadič umístit na stejném FPGA s uživatelským obvodem. Vytváříme a důkladně testujeme nový řadič rekonfigurace, abychom zvýšili odolnost systému s možností jeho opravy za provozu. Za tímto účelem je řadič na FPGA v hrubozrnné třímodulové redundanci, aby byl schopen se zotavit i přes selhání kteréhokoli z jeho modulů. Navrhovaný řadič byl testován pro zvýšení odolnosti obvodů ze sady benchmarkových obvodů. Celý systém s řadičem byl vyhodnocen na reálném FPGA, kde byly poruchy injektovány přímo do konfigurační paměti tohoto FPGA. Parametry spolehlivosti jsou měřeny k tomu přímo určenou platformou, která je částečně umístěna přímo na testovaném FPGA. Jak vidíme z výsledků, střední doba do selhání se zvýšila až o 69% ve srovnání se systémem pouze v třímodulové redundanci s rozumným množstvím přidaných hardwarových zdrojů. Konkurenční řešení přináší pouze 42% zlepšení odolnosti při stejných parametrech.