Modeling faults in SRAM based FPGA and appropriate protections

Analyse statique de l'effet des erreurs de configuration dans des FGPA configurés par SRAM et amélioration de robustesse

Jean-Baptiste Ferron (1)

1 TIMA - Techniques de l'Informatique et de la Microélectronique pour l'Architecture des systèmes intégrés

This thesis deals primarily with the analysis of the functionaleffects of errors in the configuration ofSRAM-based FPGAs. These errors can be due either to naturalperturbations (radiations, particles) orto malicious attacks, for example with a laser. The Xilinx Virtex IIfamily is used as first case study,then a comparison is made with the ATMEL AT40K family. This workallowed us a betterunderstanding of the real impact of perturbations, and of the errorpatterns that need to be taken intoaccount when improving the robustness of a circuit implemented on thistype of technology. Thisstudy required the development of specific design tools to automatethe analyses. An innovativemethodology is proposed for the evaluation of the configuration memorysensitivity to SEUs: aclassification of configuration bits is made with respect to theeffects produced on the application by asingle bit-flip. This enables us to identify the most critical areas,and to propose selective hardeningsolutions, improving the global reliability of the application at low cost.

Cette thèse s'intéresse en premier lieu à l'analyse des effetsfonctionnels des erreurs dans laconfiguration de FPGAs à base de SRAM. Ces erreurs peuvent provenir deperturbations naturelles(rayonnements, particules) ou d'attaques volontaires, par exemple avecun laser. La famille Virtex IIde Xilinx est utilisée comme premier cas pratique d'expérimentation,puis une comparaison est réaliséeavec la famille AT40K de chez ATMEL. Ceci a permis de mieux comprendrel'impact réel dedifférentes sources de perturbations, et les motifs d'erreur devantréellement être pris en compte pouraméliorer la robustesse d'un circuit implanté sur ce type detechnologie. Cette étude a nécessité ledéveloppement d'outils de conception spécifiques, permettantd'automatiser les analyses. Uneméthodologie innovante est proposée pour l'évaluation de lasensibilité de la mémoire de configurationaux SEUs : une classification des bits de configuration est établie enfonction des effets produits parleur inversion sur le fonctionnement normal de l'application. Cecipermet de déterminer les zones lesplus critiques, autorisant le développement de stratégies deprotection sélectives et à faible coût.

Mots clés: FPGA SRAM; Configuration memory; Static analysis of criticality; Reliability; Single Event Upset

Mots clés: FPGAs SRAM; Mémoire de configuration; Analyse statique de criticité; Robustesse

Domaines: Autre

Jean-Baptiste Ferron. Analyse statique de l'effet des erreurs de configuration dans des FGPA configurés par SRAM et amélioration de robustesse. Autre. Université de Grenoble, 2012. Français. ⟨NNT : 2012GRENT003⟩. ⟨tel-00721752⟩