Effet des radiations cosmiques sur les systèmes numériques embarqués dans les véhicules automobiles

Résumé

L’utilisation de l’électronique embarquée dans le domaine de l’automobile ne cesse d’augmenter et surtout avec l’apparition des véhicules autonomes. Ce domaine se caractérise par des requis très sévères au niveau de la fiabilité des circuits intégrés, dont les circuits de type FPGA. Ces requis de fiabilité sont tels qu’il devient pertinent de s’interroger de l’effet de certaines sources de corruption habituellement négligées, comme les radiations cosmiques, sachant que les FPGA les plus répandus, ceux basés sur le mémoire statique, y sont particulièrement sensibles. Ceci oblige les chercheurs à développer des stratégies permettant à ces circuits de tolérer l’effet des radiations et d’améliorer leur fiabilité. Le développement de telles stratégies demande qu’elles soient validées tout au long du processus de conception, et idéalement le plus tôt possible. Dans ce mémoire, nous validons des modèles structuraux de pannes à haut niveau d’abstraction, permettant d’imiter l’effet des événements singuliers (Single Event Upset, SEU) induits par les radiations cosmiques, et ainsi constater leurs influences très tôt dans le processus de conception. De manière plus spécifique, nous validons une stratégie qui suppose que l’injection de pannes aux entrées/sorties d’un bloc de haut niveau, à l’aide des modèles structuraux, mène à des résultats fautifs qui sont représentatifs de ceux qui seraient obtenus sur le même bloc, implémenté au niveau matériel, était soumis au rayonnement cosmique. Pour effectuer cette validation, un montage expérimental a été développé, selon une approche de type matériel dans la boucle (Hardware In the Loop, HIL). Ce montage implique un modèle de simulation Matlab/Simulink et une plaquette électronique contenant un circuit FPGA basé sur la mémoire statique. Dans ce dernier est implémenté un filtre de Sobel, pris pour la détection des obstacles dans le contexte de véhicules autonomes. Le circuit FPGA contient également un module commercial, le SEM, permettant l’émulation de SEU. Le modèle Matlab/Simulink permet de mesurer et comparer l’effet aux sorties du filtre des deux types de perturbations (SEU et modèles structuraux de pannes de haut-niveau). Ces mêmes effets sont mesurés et comparées à la sortie d’un bloc habituellement placé en aval du filtre de Sobel dans la détection des obstacles, à savoir une transformée de Hough. Des métriques de comparaison ont été décrites à cette fin. Cette étude a permis d’obtenir des résultats validant la stratégie d’injection des pannes à l’aide de modèles structuraux affectant les entrées/sorties d’un bloc, qui permet de couvrir les SEU injectés par le SEM.

Date	9 août 2021
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Claude Thibeault (Directeur(-trice))