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基于 FPGA 的安全相关 PRM 系统的资质认证 Tadashi Miyazaki、Naotaka Oda、Yasushi Goto、Toshifumi Hayashi 东芝公司，日本横滨 摘要。东芝开发了基于不可重写 (NRW) 现场可编程门阵列 (FPGA) 的安全相关仪器和控制 (I&C) 系统。考虑到应用于安全相关系统，东芝基于 FPGA 的系统采用了一旦制造后就无法更改的非易失性和不可重写的 FPGA。FPGA 是一种仅由基本逻辑电路组成的设备，FPGA 执行通过连接 FPGA 内部的基本逻辑电路配置的定义处理。基于 FPGA 的系统解决了由模拟电路操作的传统系统（基于模拟的系统）和由中央处理单元操作的系统（基于 CPU 的系统）中存在的问题。应用 FPGA 的优势在于可以保持产品的长寿命供应、提高可测试性 (验证) 并减少模拟系统中可能出现的漂移。东芝此次开发的系统是功率范围中子监测器 (PRM)。东芝计划今后将这种开发流程应用到其他安全相关系统（如 RPS），从而扩大基于 FPGA 的技术的应用范围。东芝为基于 NRW-FPGA 的安全相关 I&C 系统开发了一种特殊的设计流程。该设计流程解决了多年来关于核安全应用数字系统的可测试性问题。因此，东芝基于 NRW-FPGA 的安全相关 I&C 系统具有成为核安全应用数字系统标准的巨大优势。1. 引言核电站的 I&C 系统最初是基于模拟的。1980 和 90 年代开发了基于计算机的 I&C 系统。尤其是先进沸水反应堆 (ABWR) 中使用的系统，是世界上第一个沸水反应堆全数字化仪控系统。与老式模拟系统相比，计算机仪控系统具有许多优势。计算机仪控系统没有漂移问题，而漂移问题曾困扰过模拟系统的维护人员。计算机仪控系统具有许多先进功能，包括一些自动功能，这是任何模拟系统都无法提供的。计算机仪控系统的这些先进功能一直有助于核电站的安全运行。由于计算机仪控系统与安全相关，因此法规和标准要求它们进行验证和确认。然而，丰富的功能和由此产生的软件复杂性使得计算机仪控系统的验证和确认既耗时又昂贵。此外，计算机系统使用半导体工业生产的微处理器，与核工业相比，其产品生命周期较短。大多数微处理器可能在几年内就过时了。FPGA 于 1990 年在半导体行业中得到发展。与普通半导体器件或专用集成电路 (ASIC) 不同，FPGA 中的电路可以在从半导体工厂发货后确定或编程。因此，它适用于核工业等小批量应用。由于 FPGA 是一种半导体器件，其功能由嵌入在器件中的电路决定，因此 FPGA 无需操作系统 (OS) 或基于计算机的 I&C 系统所必需的复杂应用程序即可运行。一般而言，基于 FPGA 的 I&C 系统比基于计算机的 I&C 系统更简单，这使得 V&V 工作更简单且更经济实惠。
基于 FPGA 的安全相关 PRM 系统的认证
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