静态随机存储器在轨自检算法

吴洋; 王羿; 于新宇; 许智龙; 任放; 黄缙

doi:10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0140

静态随机存储器在轨自检算法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0140

吴洋¹,
王羿^2, ,,
于新宇²,
许智龙²,
任放³,
黄缙³

1.
中国科学技术大学, 合肥 230026
2.
中国科学院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
3.
北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094

基金项目:

王宽诚教育基金“先进偏振遥感技术与应用国际团队” GJTD-2018-15

详细信息

通讯作者:
王羿, E-mail: wangyi@aiofm.ac.cn

中图分类号: TP301.6
计量
- 文章访问数: 374
- HTML全文浏览量: 109
- PDF下载量: 48
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2020-04-13
- 录用日期: 2020-07-25
- 网络出版日期: 2021-06-20

Algorithm of in-orbit SRAM for self-inspection

WU Yang¹,
WANG Yi^{2
, ,},
YU Xinyu²,
XU Zhilong²,
REN Fang³,
HUANG Jin³

1.
University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2.
Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China
3.
Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, Beijing 100094, China

Funds:

K.C.Wong Education"International Team of Advanced Polarization Remote Sensing Technology and Applications" GJTD-2018-15

More Information

Corresponding author: WANG Yi, E-mail: wangyi@aiofm.ac.cn

摘要

摘要:
静态随机存储器（SRAM）在轨自检应用于星载电子设备上电初始化过程中，能够在电子设备开始工作前发现存储器的故障单元，为评估电子设备健康状态提供依据。分析了SRAM的结构和常见的故障原理，针对在轨应用这一特殊背景开展研究，提出了对典型测试算法的改进方案。在完成对改进方案的分析和评价后，以8 K×8 bit存储器为例开展算法的实现，并验证了改进方案的可行性。与典型测试算法相比，所提改进方案具有资源开销少、故障覆盖率高等优点。
- 静态随机存储器(SRAM) /
- 在轨自检 /
- March算法 /
- 集成电路测试 /
- 航天产品
Abstract:
In-orbit self-inspection of Static Random Access Memory (SRAM) in spaceborne electronic equipment is used in the power-on initialization process. It is able to find the faulty unit of the memory before equipment starts to work. It provides a basis for evaluating the health status of electronic equipment. The structure and main failure principle of SRAM were analyzed, and the research in the special background of in-orbit application was conducted. Then, an improved test algorithm for the typical one was proposed. After the analysis and evaluation of the improved algorithm, the implementation of the algorithm on a 8 K×8 bit SRAM was carried out. Experimental results show that the improved algorithm is feasible. Compared with typical test algorithm, the improved algorithm has the advantages of low resource consumption and high fault coverage.
- Static Random Access Memory (SRAM) /
- in-orbit self-inspection /
- March algorithm /
- integrated circuit test /
- aerospace product

HTML全文

图 1 SRAM结构简图

Figure 1. Structure of SRAM

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 无故障存储单元状态转换示意图

Figure 2. Schematic diagram of state transition of non-failed memory unit

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 SRAM故障类型

Figure 3. Category of SRAM faults

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 March算法

Figure 4. Schematic diagram of March algorithm

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 改进型测试算法

Figure 5. Schematic diagram of improved test algorithm

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 故障检测算法对比

Table 1. Comparison among fault detection methods

算法	测试复杂程度	故障检出率/%
MSCAN	4N	47
March	10N~26N	90
Checkboard	12N	80
Galloping Pattern	2N²+N	65
Sliding	2N²	70

下载: 导出CSV

表 2 自检函数设计说明

Table 2. Design description of self-test function

项目	说明
功能描述	根据改进型自检算法，按照特定的地址顺序对SRAM存储器进行读或者写操作，并判断符合预期
输入数据	无
处理	1) 对地址0000H写0，地址加1，对地址0001H写0，以此类推，直到对FFFFH写0 2) 从地址0000H读入数据，如果为0，表明正常，参数“测试结果”设置为55H，如果不为0，则参数“测试结果”设置为AA，并将地址0000H放入参数“故障的存储单元的地址”，参数“检出故障时测试算法位置”设置为2，参数“读出故障内容”参数填入实际读出值，程序终止并返回。对0000H的数据处理完成后，对该地址写入FFH。从地址0001H读入数据，按照同样方法进行判断和写入，直到地址FFFFH 3) 从地址FFFFH读入数据，按照步骤2方法判断是否为FFH，进行相应处理后写入55H，按照降序直到对地址0000H进行判断和写入 4) 从地址0000H读入数据，按照步骤2方法判断是否为55H，进行相应处理后写入AAH，按照升序到对地址FFFFH进行判断和写入 5) 从地址FFFFH读入数据，按照步骤2方法判断是否为AAH，进行相应处理后对该地址写入0，按照升序直到对地址0000H进行判断和写入
输出数据	1) 测试结果，1字节，55表示芯片正常，AA表示存在故障 2) 故障存储单元的地址，2字节 3) 检出故障时测试算法的位置，1字节 4) 故障读出内容，1字节

下载: 导出CSV

表 3 仿真器设置

Table 3. Simulator setting

参数	设置值
器件型号	80C32E
晶振频率	12 MHz
内存模式	片外64 KB存储器
程序存储器模式	64 KB程序存储器
调试模式	使用内置仿真器

下载: 导出CSV

表 4 测试用例

Table 4. Test cases

故障名称	造错方法	预期结果	实测结果
开路故障	改进型SRAM测试算法第2步在对地址7FFFH写FFH完成后，将地址FFFFH内容修改为FFH	测试结果为AAH故障地址FFFFH故障步骤02H读出内容为FFH	程序在第2步对地址FFFFH读0时报错并返回，返回的4个参数与预期结果一致
固定故障	算法第1步完成后，将地址1234H内容修改为01H	测试结果为AAH故障地址1234H故障步骤02H读出内容为01H	程序在第2步对地址1234H读0时报错并返回，返回的4个参数与预期结果一致
转换故障	算法第2步完成后，将地址4321H内容修改为00H	测试结果为AAH故障地址4321H故障步骤03H读出内容为00H	程序在第3步对地址4321H读FFH时报错并返回，返回的4个参数与预期结果一致
完全故障	算法第1步完成后，将地址0000H内容修改为FFH	测试结果为AAH故障地址0000H故障步骤02H读出内容为FFH	程序在第2步对地址0000H读0时报错并返回，返回的4个参数与预期结果一致
反码耦合故障	算法第3步完成后，将地址4567H内容修改为AAH	测试结果为AAH故障地址4567H故障步骤04H读出内容为AAH	程序在第4步对地址4567H读55H时报错并返回，返回的4个参数与预期结果一致
无故障	不进行造错	测试结果为55H故障地址、故障步骤、错误内容均为初始值0	程序执行完毕，返回的4个参数与预期结果一致

下载: 导出CSV

参考文献(18)

[1]	邢琰, 吴宏鑫, 王晓磊, 等. 航天器故障诊断与容错控制技术综述[J]. 宇航学报, 2003, 24(3): 221-226. doi: 10.3321/j.issn:1000-1328.2003.03.001 XING Y, WU H X, WANG X L, et al. Survey of fault diagnosis and fault-tolerance control technology for spacecraft[J]. Journal of Astronautics, 2003, 24(3): 221-226(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1000-1328.2003.03.001
[2]	宋征宇. 运载火箭远程故障诊断技术综述[J]. 宇航学报, 2016, 37(2): 135-144. doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2016.02.001 SONG Z Y. The survey of launch vehicle long distance fault diagnosis technique[J]. Journal of Astronautics, 2016, 37(2): 135-144(in Chinese). doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2016.02.001
[3]	余丹, 马世龙, 李先军, 等. 航天器自动化测试语言研究[J]. 航空学报, 2010, 31(2): 290-300. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB201002015.htm YU D, MA S L, LI X J, et al. A survey of test languages for spacecraft automatic test[J]Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2010, 31(2): 290-300(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB201002015.htm
[4]	李洁, 沈士团, 孙宝江, 等. 航电设备故障诊断中的决策算法[J]. 北京航空航天大学学报, 2007, 33(6): 677-681. doi: 10.3969/j.issn.1001-5965.2007.06.011 LI J, SHEN S T, SUN B J, et al. Algorithm of decision making for avionic device fault diagnosis[J] Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2007, 33(6): 677-681(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1001-5965.2007.06.011
[5]	王丽, 施玉霞, 王友人. 一种嵌入式存储器内建自测试电路设计[J]. 计算机测量与控制, 2008, 16(5): 624-262. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JZCK200805016.htm WANG L, SHI Y X, WANG Y R. Design of embeded memory built-in self-test circuit[J]. Computer Measure and Control, 2008, 16(5): 624-262(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JZCK200805016.htm
[6]	BENOIT G, JEAN-MICHEL D, LIONEL T, et al. Architecture for highly reliable embedded flash memories[C]//IEEE Design and Diagnostics of Electronic Circuits and Systems. Piscataway: IEEE Press, 2007: 1-6.
[7]	VAN D G. Using march test to test SRAMs[J]. IEEE Design & Test of Computers, 1993, 10(1): 8214. doi: 10.1109/54.199799
[8]	SUNGJU P, DONKYU Y, TAEHYUNG K, et al. Microcode-based memory bist implementing modified march algorithms[J]. Journal of the Korean Physical Society, 2002, 40(4): 749-753. doi: 10.3938/jkps.40.749
[9]	须自明, 苏彦鹏, 于宗光, 基于March C-算法的SRAM BIST电路的设计[J]. 半导体技术, 2007, 32(3): 245-247. doi: 10.3969/j.issn.1003-353X.2007.03.017 XU Z M, SU Y P, YU Z G. SRAM BIST circuit design based on the march c-algorithm[J]. Semiconductor Technology, 2007, 32(3): 245-247(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1003-353X.2007.03.017
[10]	姜昱光, 韩建伟, 朱翔, 等. SRAM型FPGA单粒子翻转效应加固方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2014, 40(8): 1073-1077. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0514 JIANG Y G, HAN J W, ZHU X, et al. Single event upset mitigation testing of SRAM-based FPGAs[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2014, 40(8): 1073-1077(in Chinese). doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0514
[11]	冯彦君, 华更新, 刘淑芬. 航天电子抗辐射研究综述[J]. 宇航学报, 2007, 28(5): 1071-1080. doi: 10.3321/j.issn:1000-1328.2007.05.001 FENG Y J, HUA G X, LIU S F. Radiation hardness for space electronics[J]. Journal of Astronautics 2007, 28(5): 1071-1080(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1000-1328.2007.05.001
[12]	HUANG P, CHEN S, CHEN J, et al. Simulation study of large-scale charge sharing mitigation using seamless guard band[J]. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 2017, 17(1): 176-183. doi: 10.1109/TDMR.2016.2527631
[13]	朱小莉, 陈迪平, 王镇道. SRAM的一种可测性设计[J]. 湖南大学学报(自然科学版), 2003, 30(6): 22-25. doi: 10.3321/j.issn:1000-2472.2003.06.007 ZHU X L, CHEN D P, WANG Z D. A kind of design-for-test for SRAM[J]. Journal of Hunan University (Natural Sciences), 2003, 30(6): 22-25(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1000-2472.2003.06.007
[14]	雷绍充, 邵志标, 梁峰. 超大规模集成电路测试[M]. 北京: 电子工业出版社, 2008. LEI S C, SHAO Z B, LIANG F. Very large scale integration test[M], Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2008(in Chinese).
[15]	靖连天, 张伟, 石遂兴, 等. 航天新型复杂器件在装备应用中的风险识别及防控[J]. 质量与可靠性, 2019(6): 36-41. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZNYZ201906009.htm JING L T, ZHANG W, SHI S X, et al. Risk identification and prevention of new space complex components in equipment applications[J]. Quality and Reliability, 2019(6): 36-41(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZNYZ201906009.htm
[16]	高世伟, 吕江花. 乌尼日其其格, 等. 航天器测试需求描述及其自动生成[J]. 北京航空航天大学学报, 2015, 41(7): 1275-1286. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2014.0762 GAO S W, LYU J H, WUNIRI Q Q G, et al. Spacecraft test requirement description and automatic generation method[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2015, 41(7): 1275-1286(in Chinese). doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2014.0762
[17]	朴英珲. 基于ECC电路的SRAM自检测修复设计与验证[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2019. PIAO Y H. Design and verification of sram self-detection repair based on ecc circuit[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2019(in Chinese).
[18]	LIU S, XIAO L, LI J, et al. Low redundancy matrix-based codes for adjacent error correction with parity sharing[C]//2017 18th International Symposium on Quality Electronic Design (ISQED). Piscataway: IEEE Press, 2017: 76-80.