CN103680639A

CN103680639A - 一种随机存储器的周期性自检错恢复方法

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Publication number: CN103680639A
Application number: CN201310635260.1A
Authority: CN
Inventors: 贾亮; 周国昌; 赖晓玲; 巨艇; 张国霞; 朱启
Original assignee: Xian Institute of Space Radio Technology
Current assignee: Xian Institute of Space Radio Technology
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-11-29
Also published as: CN103680639B

Abstract

一种随机存储器的周期性自检错恢复方法，可对随机存储器进行容错和纠错设计。方法首先将随机存储器进行冗余处理，设计判决模块对冗余的输出结果进行三取二判决和一致性比较，判决结果做为纠错输入，一致性比较结果作为纠错使能。同时地址产生模块周期性产生存储器读取地址实现检错控制。本发明可为易由于外因（例如空间辐射环境）而产生错误的随机存储器提供一种检错和纠错的方法，改变传统冗余容错技术的错误累积失效问题，纠错能力不受纠检错算法限制，有效的对存储器进行防护。

Description

一种随机存储器的周期性自检错恢复方法

技术领域

本发明涉及一种随机存储器的周期性自检错恢复的方法，属于星载随机存储器单粒子效应防护技术领域。

背景技术

空间辐射环境会给CMOS器件带来单粒子效应，其中用来存储大量数据的随机存储器是单粒子翻转效应的敏感资源，产生翻转错误后如果没有防护措施，可能导致用户设计产生错误，影响系统可靠性。用户使用随机存储器存储正在使用或即将使用的临时数据时，发生错误只影响当次运算结果，需要关注的是该次错误数据传递后的影响。如果用户使用存储器资源存储恒定重要数据，发生软错误后会使该部分错误保持下去。没有纠错重写措施时错误会持续影响用户设计功能，这种存储器使用方式必须采用防护措施。

传统存储器资源的防护技术主要有三模冗余技术和纠检错编码技术。这两种技术有以下特点：

三模冗余技术原理简单易于实现，但是由于其只对存储器出错部分进行容错，无法对错误进行定位和纠错。在存储器长期工作中，错误累积可能导致多路冗余路径出错，导致三模冗余技术判决失效，防护效果丧失。

纠检错编码技术需增加额外资源实现纠检错编译码电路，且监督码元存储需采用其他防护措施，而且纠检错编码技术中纠检错算法决定纠错能力，超出纠检错算法纠错能力的大量错误不能被纠正。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种随机存储器周期性自检错恢复的方法。本方法通过基于随机存储器冗余处理后，对存储器输出数据实现三取二判决和数据一致性比较检测，实现检错功能。检测出错误一次对错误数据进行回写恢复。有效的解决传统冗余措施可能由于错误累积导致防护失效的问题和纠检错编码技术纠错能力算法限制的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种随机存储器的周期性自检错恢复方法，所述随机存储器可被用户配置成为双端口或单端口可读可写存储器、或单端口只读存储器。对于用户使用存储器的单个端口时，另一个未用端口可独立作为周期性自检错恢复端口，与用户用存储器功能独立；如果用户用寄存器两个端口同时实现读写时，则自检错和恢复与用户对存储器的读取相结合；

所述的周期性自检错恢复方法包括以下步骤：

（1）对随机存储器进行参数配置；设计参数配置文件，依据用户对存储器的地址深度和数据宽度两个参数进行配置；

（2）对步骤（1）中配置好的用户随机存储器进行三模冗余处理；

（3）若用户使用存储器作为单端口读写或只读存储器，则利用随机存储器的用户未用端口作为自检错恢复端口进入步骤（4）；若用户使用存储器为双端口存储器，进入步骤（8）；

（4）利用地址产生模块周期性计数循环产生自检错恢复端口的检测地址；

（5）利用判决器模块对步骤（4）中随机存储器地址输出三路数据结果进行三取二判决和一致性检测；

（6）当步骤（5）中出现检测的三路输出数据不一致时，判决器模块向地址产生模块发送计数使能信号使得地址产生模块停止计数，并将步骤（5）中三取二正确结果回写入随机存储器进行自恢复,同时利用比较器模块处理用户端口对存储器的写操作和周期性自检错恢复端口恢复操作的地址冲突问题；当检测的三路输出数据一致时进入（4）继续重复检测，直到随机存储器所有地址检测结束进入步骤（7）;

（7）当随机存储器所有地址检测结束时，判断是否有用户发送来的检测结束信号，若有则停止检测进入（11），若没有则进入步骤（4），地址清零从头开始循环检测；

（8）利用判据器模对三路存储器数据进行三取二判决和一致性检测。判决器模块的输入为用户对三个冗余存储器的读出数据。

（9）若检测出错误，在用户对存储器写空闲时将判决后的正确结果写入随机存储器进行自恢复。

（10）判断是否存在用户发送来的检测结束信号，若有则停止检测进入（11），若没有返回步骤（8）。

（11）结束。

所述步骤（6）中的存储器的写操作和周期性自检错恢复端口恢复操作的地址冲突问题的处理方法为：用户功能实现的优先级高于周期性自检错恢复，出现用户功能和自检测恢复端口写访问地址冲突时，首先保证用户功能实现。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）本发明可对星载随机存储器进行有效的单粒子效应防护，不仅可对错误进行容错，最终要是可以对出现错误部分进行检测和自恢复。

（2）本发明针对传统冗余技术可能由于错误累积导致防护失效的问题。通过地址产生模块循环产生检测地址，对冗余存储器相应地址的数据进行判决和一致性检测。检测出错误时，利用判决结果回写入出错的存储器中实现自恢复功能。同时本发明的检测可独立于用户设计，周期性对存储器进行检测和恢复，检测周期取决于存储器的地址深度。

（3）本发明的错误自恢复通过将判决出的正确结果直接写入存储器当前的检测地址中，一次将该地址中所有存储的数据进行恢复。本发明简单有效，纠错能力不受纠检错编译算法的限制。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明用户使用单端口存储器的周期性自检错恢复电路实现图；

图3为本发明中用户使用双端口存储器的周期性自检错恢复电路实现图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施电路对本发明做进一步的详细描述。

如图1所示，一种随机存储器的周期性自检错恢复方法流程。依据随机存储器的应用方式，随机存储器周期性自检测恢复方法有两种实现方式：如图2所示，一种为用户使用存储器单端口实现功能时，独立于用户功能的实现；如图3所示，一种为当用户使用存储器双端口实现功能时，与用户功能结合的实现。

所述的周期性自检错恢复方法包括以下步骤：

（3）若用户使用存储器作为单端口读写或只读存储器，则利用随机存储器的用户未用端口作为自检错恢复端口进入步骤（4）；若用户使用存储器为双端口存储器，进入步骤（7）；

（6）当步骤（5）中出现检测的三路输出数据不一致时，将步骤（5）中三取二正确结果回写入随机存储器进行自恢复，利用比较器模块处理用户端口对存储器的写操作和周期性自检错恢复端口恢复操作的地址冲突问题（存储器的写操作和周期性自检错恢复端口恢复操作的地址冲突问题的处理方法为：用户功能实现的优先级高于周期性自检错恢复，出现用户功能和自检测恢复端口写访问地址冲突时，首先保证用户功能实现），同时当周期性自检测恢复端口向存储器写入正确数据时，向地址产生模块发送计数使能信号使得地址产生模块停止计数；当检测的三路输出数据一致时进入（4）继续重复检测，直到随机存储器所有地址检测结束进入步骤（7）;

（7）当随机存储器所有地址检测结束时，判断是否有用户发送来的检测结束信号，若有则停止检测进入（10），若没有则进入步骤（4），地址清零从头开始循环检测；

（10）结束。

下面以一个具体实例来具体说明本发明的工作原理和工作过程：

（1）与用户设计独立的周期性自检测恢复方法实现

与用户设计完全独立的存储器自检测恢复技术，其中一个端口（例如A端口）完成用户功能，另一个端口（例如B端口）用来完成自检错恢复，首先对存储器进行冗余处理，利用自检错恢复端口周期性对存储器存储的数据进行读取判决，使用判决后的结果对存储器内数据进行重写纠错。同时增加电路解决用户设计和自检错恢复设计对存储器访问时的地址冲突问题。

如图2所示，方法实现中两个端口描述以及设计的模块功能详细描述如下：

（a）两个端口描述如下：

利用存储器资源的B端口实现周期性自检错恢复（地址产生模块产生B端口地址（ADDRB）；B端口地址中读出的数据是B端口的数据输出（DOB）；对三个冗余存储器数据输出判决，如果判决发现三个冗余存储器同一地址数据出错，B端口的写使能信号（WEB）有效，将判决纠错后的数据写入B端口数据输入端（DIB）；比较器模块判断用户操作与自检错恢复操作是否冲突产生B端口的使能信号（ENB））；利用存储器资源的A端口实现用户功能；两个端口同时对存储器进行操作，互相独立；

（c）地址产生模块

地址产生模块通过计数器周期性产生自检错恢复端口的执行地址，并根据接收到的判决器模块发送的计数使能信号（CEN）判断是否停止计数，地址产生模块通过计数器实现。

（d）判决器模块

判决器模块的输入为冗余存储器的输出数据（data_in），利用三取二选举电路产生检测恢复B端口的输入数据信号（data_v），三取二选举电路逻辑为输出=（输入1and输入2）or（输入1and输入3）or（输入2and输入3）；利用异或逻辑对输出数据进行比较产生一致性检测结果信号（error），检测结果信号作为B端口的写使能信号（WEB）使用。

（e）比较器模块

由于存储器资源即被用户使用，又需要进行自检错恢复，设计比较器模块处理用户设计和自检错恢复设计的地址冲突问题。以用户功能实现的优先级高，出现两个端口写访问地址冲突时，首先保证用户功能实现。比较器模块的输入为三个冗余存储器用户端口A的地址（ADDRA）和写使能信号（WEA），端口B的地址信号（ADDRB）和判决器模块产生的一致性检测结果信号（error）。输出为端口B的使能信号（ENB）及地址计数器的计数使能信号（CEN）。比较器模块设计直接进行三模冗余处理：

●自检错恢复端口（B端口）的使能信号ENB：

仅在用户A端口地址与自检测恢复B端口地址冲突时，且A端口写使能有效，则B端口使能无效，其余情况B端口使能有效。

●地址计数器的计数使能信号CEN:

只有在A端口与B端口地址未冲突，且B口写使能信号有效时，地址计数器的计数器使能信号（CEN）无效，其他情况置计数使能信号有效。

（2）基于用户设计的自检错恢复技术实现

如图3所示，与用户对存储器设计结合的周期性自检错恢复设计，直接在用户设计基础上对存储器冗余处理，增加三个判决器模块，对用户读出的冗余存储器三路输出数据判决和一致性检测，检测出错误后，由用户控制逻辑决定何时对错误数据利用判决后正确数据进行自恢复。这种用法只增加冗余的存储器和判决器模块，但是防护效果取决于用户对存储器访问的频率，只有在用户需要对存储器进行访问读取时才进行检错纠正。

a）判决器模块：

判决器模块输入（data_in）为用户从冗余后存储器的读出数据（DOx），对三路读出数据进行三取二判决，产生数据判决结果信号（data_v），同时利用异或逻辑产生数据一致性检测结果信号（error），将一致性检测结果信号与用户对存储器的写信号做优先级处理控制（用户控制逻辑完成），产生送给存储器的写使能（WEx），写使能有效时可将数据判决结果信号写入存储器输入端（DIx），自恢复时机由用户控制部分设计产生。

随机存储器的周期性自检测恢复方法的两种实现方式特点如下表总结所示：

表1随机存储器周期性自检错恢复方法不同实现方式特点表

本发明在随机存储器的容错和纠错技术研究过程中，提出一种周期性自检错和恢复方法，同时结合用户对存储器的使用方式，提出两种方法的实现方式。该方法可有效的对星载随机存储器的单粒子效应进行防护，可防止可能由于错误累积导致的冗余技术失效问题。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种随机存储器的周期性自检错恢复方法，所述随机存储器可被用户配置成为双端口或单端口可读可写存储器、单端口只读存储器；用户使用存储器的单个端口时，另一个未用端口可独立作为周期性自检错恢复端口，与用户用存储器功能独立；用户使用寄存器两个端口同时实现读写时，则自检错和恢复与用户对存储器的读取相结合；

其特征在于所述的周期性自检错恢复方法包括以下步骤：

（8）利用判据器模块对三路存储器数据进行三取二判决和一致性检测。判决器模块的输入为用户对三个冗余存储器的读出数据。

（11）结束。

2.根据权利要求1所述的一种随机存储器的周期性自检错恢复方法，其特征在于：所述步骤（6）中的存储器的写操作和周期性自检错恢复端口恢复操作的地址冲突问题的处理方法为：用户功能实现的优先级高于周期性自检错恢复，出现用户功能和自检测恢复端口写访问地址冲突时，首先保证用户功能实现。