Metodologia para seleção de técnicas de mitigação de falhas devido aos efeitos da radiação em FPGAs COTS - Adilson Luiz Barbosa (2021)
O FPGA (Field Programmable Gate Array) é um circuito integrado utilizado em projetos eletrônicos, de telecomunicações e de redes de computadores. Suas vantagens podem ser resumidas nos aspectos de densidade, altos índices de desempenho e menores custos de fabricação. Os COTS (Commercial Off-the- Shelf) são componentes eletrônicos comerciais, não classificados no padrão espacial. Em algumas missões de satélites há possibilidade de implementar sistemas tolerantes a falhas com componentes COTS.O FPGA COTS deve funcionar bem com as aplicações da missão e ser capaz de operar de forma eficaz no meio ambiente da mesma. A estratégia de tolerância a falhas deve ser apropriada de modo a garantir a operação correta, sem sobrecarga excessiva de recursos. Apesar das vantagens mencionadas, um dos problemas mais relevantes em qualquer missão espacial é a dose de radiação, que pode causar danos em dispositivos eletrônicos, células solares e materiais. Além dos efeitos da radiação deve-se também considerar o embargo de componentes e materiais resistentes à radiação. Assim, os dispositivos eletrônicos COTS apresentam-se como uma oportunidade, mas necessitam de processos de mitigação para atenderem às demandas por produtos espaciais. O principal desafio de projeto é a seleção dessa estratégia no dispositivo devido aos efeitos da radiação. Esta tese tem por objetivo propor uma metodologia para auxiliar os engenheiros eletroeletrônicos no processo de escolha de técnicas de mitigação de falhas devido aos efeitos da radiação para um sistema espacial que utilize FPGA COTS. Para atingir este objetivo propõe uma metodologia sequencial, abrangente e evolutiva, abordando as técnicas pesquisadas em um período específico (2000 a 2019), denominada de MFPM (Metodologia de Mitigação de Falhas baseada em Parâmetros e Métricas). A MFPM também é geral e relevante para que o engenheiro possa fazer uma seleção satisfatória conforme o projeto, inserido em uma missão. Para avaliar as técnicas de mitigação das falhas e o estado da arte do assunto proposto, este trabalho tem como base uma pesquisa bibliográfica exploratória. A validação da metodologia é realizada por estudo de caso e a verificação por comparação da técnica escolhida com outras, utilizando exemplos específicos de FPGAs. A metodologia aborda o maior número possível de técnicas de mitigação pesquisadas no período de estudo e proporciona aperfeiçoamentos em outros gaps identificados nas estruturas de seleção do estado da arte. Com a aplicação dos algoritmos relativos às técnicas mais relevantes para o estudo de caso, foram avaliados três FPGAs. A metodologia proposta (MFPM) demonstra ser viável e aponta a técnica de TMR (Triple Modular Redundancy) como a mais indicada para o estudo de caso. Esta constatação foi devida a todos os parâmetros e métricas envolvidos, com valores de potências compatíveis com o circuito (projeto) e confiabilidades esperadas para essa categoria de missão. Finalmente, conclui-se que este trabalho atinge o objetivo principal proposto e os específicos como: identificação das oportunidades (estados da arte e prática), ênfase em missões de curta duração (até 3 anos) para o estudo de caso, período amplo de pesquisa das técnicas, observação da tecnologia empregada e superação dos gaps.