Técnica de diagnóstico de SEU utilizando diccionarios de fallos incompletos

Abstract

El diagnóstico de Conmutaciones por evento singular o Single Event Upset (SEU) es un problema abierto sobre el que apenas se han realizado investigaciones previas. En este trabajo perseguimos diseñar una nueva técnica de diagnóstico que permita localizar un SEU a partir de la información de la que se disponga. Es común disponer únicamente de diccionarios de fallos incompletos, ya que, en circuitos grandes, el tiempo necesario para obtener un diccionario de fallos completo lo hace inviable. Vamos a ver qué técnica usamos para diagnosticar en estas situaciones y cuándo se comienza a perder la capacidad de diagnóstico conforme la exhaustividad del diccionario se reduce. La hipótesis de la que partimos para diseñar las técnicas de diagnóstico es que los SEU próximos entre sí producen patrones de error similares a la salida. Estos pueden ser caracterizados de diferentes formas y usados para estimar la localización real del SEU que queremos localizar. Combinando la información que obtenemos al aplicar distintas métricas sobre la información disponible, hemos conseguido unos resultados bastante buenos sobre los diseños en los que se ha probado la técnica. Incluso para aquellos circuitos en los que no se consigue acertar el biestable y ciclo exactos, la técnica, tras la primera iteración, acota la localización del SEU en un rango relativamente reducido de ciclos y a unos registros concretos. A partir de esta primera acotación podemos obtener un nuevo diccionario de fallos enfocado en las zonas del circuito señaladas por el algoritmo de diagnóstico y repetir con él el proceso, mejorando el resultado. El diagnóstico puede darse por finalizado cuando encontremos un candidato que produzca exactamente el mismo patrón de salida que el SEU bajo diagnóstico. Con este proceso iterativo, si el diccionario de partida es lo suficientemente completo para realizar correctamente la primera estimación, llegará un momento en el que podamos obtener un diccionario completo de la zona acotada. Si llegados a este punto aún no ha terminado el diagnóstico y las iteraciones han seguido el camino correcto, el siguiente diccionario contendrá, al menos, una entrada cuyo patrón de salida coincida con el patrón que produce el SEU bajo diagnóstico. Esta técnica puede ser muy útil en el proceso de diseño de circuitos resistentes a radiación, ya que, por ejemplo, ante cualquier vulnerabilidad encontrada tras irradiar el circuito en el acelerador de partículas, evita repetir el proceso de diseño completo. Aplicando la técnica se puede saber en qué biestable se ha producido el SEU y reforzar la zona en caso de que fuera necesario.

The Single Event Upset (SEU) diagnosis is an open problem that has hardly been investigated previously. In this work we seek to design a new diagnostic technique that allows locating a SEU from the information that is available. It is common to have only incomplete fault dictionaries, since, on large circuits, the time required to obtain a complete fault dictionary makes it unfeasible. We are going to see what technique we use to diagnose in these situations and when the diagnostic capacity begins to lose, according to the exhaustiveness of the dictionary. The hypothesis from which we start to design diagnostic techniques is that the SEUs close to each other produce similar patterns at the output. These can be characterized in different ways and used to estimate the actual location of the SEU that we want to locate. Combining the information we obtain by applying different metrics on the available information, we have achieved quite good results on the designs in which the technique has been tested. Even for those circuits in which it is not possible to hit the exact flip-flop and cycle, the technique, after the first iteration, limits the location of the SEU in a relatively reduced range of cycles and to specific registers. From this first dimension we can obtain a new fault dictionary focused on the areas of the circuit indicated by the diagnostic algorithm and repeat the process with it, improving the result. The diagnosis can be terminated when we find a candidate that produces the exact same output pattern as the SEU under diagnosis. With this iterative process, if the starting dictionary is complete enough to make the first estimate correctly, there will come a time when we can obtain a complete dictionary of the bounded area. If at this point the diagnosis has not yet finished and the iterations have followed the correct path, the following dictionary will contain at least one entry whose output pattern matches the pattern that the diagnostic SEU produces. This technique can be very useful in the process of designing radiation resistant circuits, since, for example, before any vulnerability found after irradiating the circuit in the particle accelerator, it avoids repeating the entire design process. By applying the technique, it is possible to know in which bistable the SEU has been produced and to reinforce the area if necessary.