Havacılık uygulamaları için kısmi dinamik donanım şekillendirme ve üçlü modül yedekleme kullanılarak hata toleranslı FPGA tasarımı

Bu tez çalışmasında, havacılık uygulamalarında radyasyon kaynaklı tek bit hatalarının bulunması, düzeltilmesi ve hatanın etkisinin maskelenmesi için yöntemler önerilmiştir. Hatanın bulunması için konfigürasyon belleğinin sürekli olarak tasarımın kendi tarafından okunması yöntemi kullanılmıştır. Hatanın düzeltilmesi için parçalı dinamik donanım şekillendirme yöntemi kullanılmıştır. Hatalı olan konfigürasyon belleği çerçevesi yeniden şekillendirilerek düzeltilmiştir. Hatanın maskelenmesi için üçlü modül yedekleme yöntemi kullanılmıştır. Hata düzeltildikten sonra sadece yapısal bütünlüğün değil, durum bütünlüğünün de korunması sağlanmıştır. Kurulan mimari ARINC-429 protokolü üzerinde, hata yerleştirilerek test edilmiştir. Elde edilen sonuçlarda en kötü durumda yaklaşık 67ms içerisinde oluşan tek bit hatasının düzeltildiği görülmüştür. Düzeltilemeyecek kritik hatalar yaratılamamış fakat istatiksel hesabı yapılmıştır. Önerilen sistemin kullanılmadığı duruma göre hata ihtimalinin yaklaşık 200 bin kat daha az olduğu görülmüştür. Yapılan hata yerleştirme testinde üçlü yedeklenmiş ARINC-429 modülleri üzerinde oluşan hataların hepsi maskelenebilmiştir. Maskelenemeyecek hataların yaratılması sağlanamamış fakat istatistiksel hesabı yapılmıştır. Üçlü modül yedekleme yönteminin yaklaşık 3,3 kat daha fazla FPGA alanı kullandığı ölçülmüştür. Sistemde hata bulma ve düzeltme için kullanılan devrenin FPGA alanının yaklaşık iki binde biri olduğu ölçülmüştür. Önerilen sistemin tek bit hatalarına karşı hata toleranslı yapıda olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Hata Toleranslı FPGA Tasarımı, Parçalı Dinamik Donanım Şekillendirme, Üçlü Modül Yedekleme, Tek Bit Hatası, Üçlü Modül Senkronizasyonu