FPGAの機能安全対応とアベイラビリティを両立する設計手法の提案

鳥羽 忠信  新保 健一  上薗 巧  伊部 英史  菅野 雄介  平尾 裕司  大坂 英樹  

誌名
電子情報通信学会論文誌 A   Vol.J100-A   No.9   pp.325-337
発行日: 2017/09/01
Online ISSN: 1881-0195
論文種別: 論文
専門分野: 信頼性,保全性,安全性
キーワード: 
機能安全,  アベイラビリティ,  FPGA,  ソフトエラー,  中性子,  

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あらまし: 
安全設計が求められる制御機器へのFPGA適用を目的に機能安全規格(IEC61508:2010)で定義されている安全度水準SIL3対応かつシステムで高アベイラビリティ(セブンナイン)な設計手法を提案する.FPGAにおける安全設計上の課題は,コンフィギュレーションメモリ(CRAM)の環境放射線(主に中性子線)に対する脆弱性問題である.そこで,SRAMタイプFPGAにおける安全機能失敗確率及び安全度水準の算出方法を定式化し,Xilinx®のFPGAを対象に評価しSIL3を満足する設計条件を見出した.更に,CRAM内のエラー検出,訂正を高速化する優先巡回制御と割り込み巡回制御を機能安全規格に対応した設計手順で高アベイラビリティを実現可能なCRAM診断マクロ回路を開発した.Xilinx®Kintex7に実装して評価した結果,優先巡回制御及び割り込み巡回制御の正常動作を確認した.以上より,安全性と高アベイラビリティが要求される制御機器にSRAMタイプFPGAが適用可能であることを明らかにした.