I dispositivi FPGA (Field Programmable Gate Array) sono circuiti integrati che, come dice il nome, contengono una matrice di porte logiche che possono essere programmate dall’utente finale in campo.
In generale, un dispositivo FPGA include i seguenti elementi: blocchi logici configurabili (> 1 milione di gate), memoria, unità di calcolo ad alte prestazioni (moltiplicatori, microprocessori), linee di I/O ad alta velocità (> 1 Gbit/sec), interconnessioni programmabili, distribuzione efficiente dei segnali di clock.
La programmazione delle funzionalità di un disposivo è fatta dall’utente finale mediante sistemi di sviluppo di uso relativamente semplice e costo contenuto. I linguaggi generalmente utilizzati sono HDL, VHDL o Verilog.
Si tratta di dispositivi estremamante versatili. In particolare, in quelli basati su tecnologia SRAM (Static Random Memory), questa caratteristica si traduce in: funzionalità riprogrammabili in linea di principio un numero arbitrario di volte, unico tipo di dispositivo che puo’ essere ri-utilizzato per molteplici applicazioni, riprogrammandone le funzionalità, ed infine possibilità di correggere errori (anche in orbita) tramite riprogrammazione.
Tuttavia, questa flessibilità estrema dei dispositivi SRAM-FPGA si traduce in una vulnerabilità provata alle radiazioni (ioni pesanti e protoni). Nel caso di impiego in applicazioni spaziali o avioniche, ciò può compromettere in maniera seria il comportamento del dispositivo, se adeguate contromisure non vengono adottate.
IASF Milano è da anni impegnato in attività di R&D su questi dispositivi. Nel seguito, elenchiamo i principali progetti degli ultimi anni.
FLIPPER
FLIPPER è uno strumento di iniezione di guasti sviluppato per SRAM-FPGA che consente di simulare l’occorrenza di un guasto indotto da radiazioni, Single Event Upsets (SEU) all’interno delle risorse interne, ovvero memoria di configurazione e logica di riconfigurazione. In SRAM-FPGA un circuito utente è definito dai dati di configurazione memorizzati nelle celle di memoria SRAM, che possono essere riconfigurate dinamicamente a priori un numero illimitato di volte. Perché FLIPPER? Un guasto SEU si manifesta come una variazione del livello logico del contenuto in una cella di memoria SRAM (“1” diventa “0” o “0” diventa “1”). Questo effetto è comunemente noto come “bit-flip”. Da qui il nome.
FLIPPER è stato sviluppato nell’ambito di un contratto ESA/ESTEC 1855/04/NL/LvH/gm, in collaborazione con Sanitas EG ed è stato validato sperimentalmente mediante test di irraggiamento in acceleratore.
Se desiderate ulteriori informazioni sul progetto, vi invitiamo a consultare le pagine relative all’uso di FPGA reprogrammabili nello spazio sul sito di ESA/ESTEC.
SKA ADU
Piattaforma digitale per l’acquisizione ed elaborazione dei segnali provenienti dalle antenne a bassa frequenza del radio telescopio SKA. Maggiori informazioni sono disponibili nella pagina relativa al progetto per SKA.