Енерго-орієнтована контролепридатність та моніторинг споживаного струму в FPGA проектах критичних додатків

Анотація

Статтю присвячено проблемі контролепридатності схем як істотного елементу у забезпеченні функціональної безпеки інформаційних управляючих систем критичного застосування, що виконують моніторинг об'єктів підвищеного ризику в енергетиці, на транспорті, у військовій, космічній та інших галузях для запобігання аварій і зниження їх наслідків у разі виникнення. Відзначається ключова роль контролепридатності в трансформації відмовостійких структур, які використовуються в таких системах, в відмовобезпечні. Показані проблеми логічної контролепридатності, включаючи проблему прихованих несправностей, притаманну системам критичного застосування при сучасному проектуванні їх компонентів з використанням матричних структур. Запропоновано доповнювати логічну контролепридатність іншими формами, серед яких до найбільш перспективних віднесена енерго-орієнтована контролепридатність, підтримана успішним розвитком зелених технологій в FPGA (Field Programmable Gate Array) проектуванні. Відзначено проблеми обмеженої точності в оцінці та вимірюванні температури, що проявилися в розвитку термальної тестопригодності і термальних методів моніторингу схем. Визначена нижня і верхня енерго-орієнтована контролепридатність схем по параметру споживаного струму. Отримано аналітичні оцінки нижньої і верхньої контролепридатності схем по споживаному струму з урахуванням особливостей їх проектування на FPGA з використанням сучасних CAD (Computer-Aided Design) на прикладі Quartus Prime Lite 18.1. Оцінені порогові значення струмів споживання в методах моніторингу схем для виявлення несправностей в ланцюгах загальних сигналів і несправностей короткого замикання в межах нижньої і верхньої контролепридатності, відповідно. Були проведені експерименти з оцінки нижньої і верхньої енерго-орієнтованої контролепридатності схем і порогових значень для представлених методів моніторингу на прикладі спроектованої на FPGA масштабованої схеми зсувного регістру. Показані залежності енерго-орієнтованої нижньої і верхньої контролепридатності схем від заповнюваності FPGA чіпа.