机载复杂电子硬件跨时钟域同步电路验证方法研究

发布时间：2017-09-11 18:09

  本文关键词：机载复杂电子硬件跨时钟域同步电路验证方法研究

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【摘要】：在民航客机中,电子硬件在与飞机安全性相关的关键功能部件中的使用越来越多,这给飞机的安全性和审定方面带来了新的挑战。由于电子硬件复杂性的增加,电子硬件设计差错也变得更加难以控制,飞机的功能越来越容易受到电子硬件设计错误的危害。在航空高安全性领域,关键功能部件中的复杂电子硬件出现亚稳态传输问题会给飞机带来严重安全隐患。对于机载复杂电子硬件跨时钟域同步电路,必须对其进行全面的验证,以保证设计的功能正确性和系统可靠性。论文对机载复杂电子硬件跨时钟域同步电路的验证方法进行了研究。首先介绍了当前常用的CDC同步电路,并描述了各同步电路的电路协议。然后介绍静态验证环境的搭建、CDC电路结构检查的操作步骤和常见的设计错误及修正方案,提出了基于Questa CDC工具的同步电路结构检查方法;介绍SystemVerilog Assertions,提取常用CDC同步电路协议进行断言验证,提出了基于断言技术的CDC同步电路协议验证方法。基于Questa CDC的同步电路结构检查和基于断言的CDC同步电路协议验证,构成完整的CDC信号行为特征验证方法。论文接着对MTBF进行了分析,包括单个触发器的MTBF分析和FPGA整体电路的MTBF分析,从而整理出CDC电路风险评估的思路。在该思路的指导下,提出了基于FPGA的亚稳态参数测量方法。文章最后通过一个实际的项目案例验证了本文研究提出的机载复杂电子硬件跨时钟域同步电路验证方法,包括CDC信号行为特征验证方法和CDC电路风险评估方法,验证结果较好,证明了本文提出的验证方法的正确性和有效性。
【关键词】：跨时钟域 亚稳态 MTBF 断言 FPGA
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V243
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 选题背景及研究意义9-11
• 1.1.1 选题背景9-10
• 1.1.2 研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 论文主要内容和结构安排13-14
• 第二章 CDC同步电路的概述14-24
• 2.1 亚稳态14-15
• 2.2 跨时钟域的主要问题15-17
• 2.2.1 亚稳态的传播问题15
• 2.2.2 数据丢失问题15-16
• 2.2.3 多bit数据的重汇聚问题16-17
• 2.3 常用CDC同步电路简介17-23
• 2.3.1 电平同步器18
• 2.3.2 上升沿检测同步器18-19
• 2.3.3 脉冲同步器19
• 2.3.4 DMUX19-20
• 2.3.5 MCP传输电路20-21
• 2.3.6 握手协议21-22
• 2.3.7 异步FIFO22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 CDC信号行为特征验证方法研究24-34
• 3.1 基于Questa CDC工具的同步电路结构检查24-27
• 3.1.1 构建验证环境25-26
• 3.1.2 运行CDC电路结构检查26
• 3.1.3 分析检查结果26-27
• 3.2 基于断言技术的CDC同步电路协议验证27-32
• 3.2.1 SVA介绍27-29
• 3.2.2 电路协议的断言描述29-32
• 3.3 本章小结32-34
• 第四章 CDC电路风险评估方法研究34-42
• 4.1 MTBF分析34-38
• 4.1.1 单个触发器的MTBF分析35-37
• 4.1.2 FPGA电路的MTBF分析37-38
• 4.2 亚稳态参数测量方法38-41
• 4.2.1 亚稳态生成模块39
• 4.2.2 亚稳态检测模块39-40
• 4.2.3 数据记录及显示模块40-41
• 4.3 本章小结41-42
• 第五章 CDC同步电路验证方法实践42-66
• 5.1 设计简介42-44
• 5.2 CDC信号行为特征验证方法的实践验证44-52
• 5.2.1 基于Questa CDC的同步电路结构检查44-49
• 5.2.2 基于断言的CDC同步电路协议验证49-52
• 5.3 CDC电路风险评估方法的实践验证52-66
• 5.3.1 基于Virtex-5 的亚稳态参数测量52-64
• 5.3.2 FPGA整体的MTBF评估64-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 论文总结66-67
• 6.2 研究展望67-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 作者简介72

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本文编号：832267