CN105068882A - 基于二维检错纠错编码的sram抗辐射加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二维检错纠错编码的SRAM抗辐射加固方法，用于解决现有SRAM抗辐射方法SRAM抗单粒子翻转能力差的技术问题。技术方案是首先对写入数据进行横向正反码(16,8)编码，对同列数据进行纵向海明码(12,8)编码，即基于正反码和海明码交叉校验的二维检错纠错编码；然后当发生单粒子效应导致多位翻转问题时，利用二维检错纠错算法，依次对读出数据进行解码运算。本发明充分利用横向正反码、纵向海明码的交叉校验能力，有效地提高了SRAM检错纠错能力，使SRAM能纠正2位以上错码，即处理单粒子效应导致的多位翻转问题，从而进一步提高了SRAM抗单粒子翻转能力。

Description

基于二维检错纠错编码的SRAM抗辐射加固方法

技术领域

本发明涉及一种SRAM抗辐射方法，特别是涉及一种基于二维检错纠错编码的SRAM抗辐射加固方法。

背景技术

在SRAM系统级抗单粒子翻转效应加固技术中，基于海明码、三模冗余(TMR)错误检测与校正(EDAC)的加固技术被普遍采用。

文献“抗单粒子翻转效应的SRAM研究与设计[J].固体电子学研究与进展，陈楠，魏廷存等.Oct.,2013,Vol.33,No.5.”公开了一种采用海明码校验的EDAC抗单粒子辐射加固方法,该系统结构主要由SRAM、EDAC编码电路、EDAC解码校验电路组成。SRAM的数据写入和读出都经过EDAC模块处理，其中EDAC编码电路给写入数据产生冗余校验位，并将数据位与冗余校验位组合成海明码存储到SRAM，EDAC解码校验电路对读出数据进行“纠一检二”纠错处理。

利用海明码校验的EDAC方法可以对存储数据实现“纠一检二”功能，而且海明码编码效率较高(海明码(12,8)分组，编码效率高达67％)，一定程度上可以提高SRAM抗单粒子翻转效应能力。但海明码纠错能力比较低，只能纠正一位错码，单粒子辐射效应导致的多位翻转(MBU)很难处理。同样，如果单独使用三模冗余的编码分组(24,8)，也只能纠正一位错码，而且编码效率只有33％，不能处理单粒子辐射效应导致的多位翻转问题。

发明内容

为了克服现有SRAM抗辐射方法SRAM抗单粒子翻转能力差的不足，本发明提供一种基于二维检错纠错编码的SRAM抗辐射加固方法。该方法首先对写入数据进行横向正反码(16,8)编码，对同列数据进行纵向海明码(12,8)编码，即基于正反码和海明码交叉校验的二维检错纠错编码；然后当发生单粒子效应导致多位翻转问题时，利用二维检错纠错算法，依次对读出数据进行解码运算。本发明充分利用横向正反码、纵向海明码的交叉校验能力，能有效提高SRAM检错纠错能力，使SRAM能纠正2位以上错码，即处理单粒子效应导致的多位翻转问题，从而进一步提高SRAM抗单粒子翻转能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于二维检错纠错编码的SRAM抗辐射加固方法，其特点是采用以下步骤：

步骤一、扫描统计横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey；

步骤二、判断横向最大错码数Ex和纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤十六，否则转步骤三；

步骤三、判断横向最大错码数Ex是否大于1，如果是转步骤六，否则转步骤四；

步骤四、横向扫描正反码纠单错；

步骤五、判断横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤十六，否则转步骤十七；

步骤六、判断纵向最大错码数Ey是否大于1，如果是转步骤九，否则转步骤七；

步骤七、扫描纵向海明码纠单错；

步骤八、判断横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤十六，否则转步骤十七；

步骤九、扫描横向正反码纠单错；

步骤十、扫描统计横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey；

步骤十一、判断横向最大错码数Ex是否大于1，如果是转步骤十三，否则转步骤十二；

步骤十二、判断横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤十六，否则转步骤十七；

步骤十三、判断纵向最大错码数Ey是否大于1，如果是转步骤十七，否则转步骤十四；

步骤十四、扫描纵向海明码纠单错；

步骤十五、判断横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤十六，否则转步骤十七；

步骤十六、所有错码纠正，二维检错纠错结束；

步骤十七、存在不可纠正错码，二维检错纠错结束。

本发明的有益效果是：该方法首先对写入数据进行横向正反码(16,8)编码，对同列数据进行纵向海明码(12,8)编码，即基于正反码和海明码交叉校验的二维检错纠错编码；然后当发生单粒子效应导致多位翻转问题时，利用二维检错纠错算法，依次对读出数据进行解码运算。本发明充分利用横向正反码、纵向海明码的交叉校验能力，有效地提高了SRAM检错纠错能力，使SRAM能纠正2位以上错码，即处理单粒子效应导致的多位翻转问题，从而进一步提高了SRAM抗单粒子翻转能力。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明方法提出的二维检错纠错编码。

图2是图1中2位错码同行的错误类型图。

图3是图1中2位错码同列的错误类型图。

图4是图1中2位错码既不同行也不同列的错误类型图。

图5是图1中3位错码同行或者同列的错误类型图。

图6是图1中3位错码两两同行或者同列的错误类型图。

图7是图1中3位错码中2位同行或者同列的错误类型图。

图8是图1中3位错码既不同行也不同列的错误类型图。

图9是图1中4位错码两两同行或者同列的错误类型图。

图10是二维检错纠错算法流程图。

图11是本发明基于二维检错纠错编码的SRAM抗辐射加固方法的流程图。

图12是横向正反码编码原理图。

图13是纵向海明码编码原理图。

图14是横向正反码解码原理图。

图15是纵向海明码解码原理图。

具体实施方式

参照图1-15。本发明基于二维检错纠错编码的SRAM抗辐射加固方法具体步骤如下：

本发明二维检错纠错编码方法横向采用正反码编码，纵向对应列采用海明码编码。为适应SRAM存储结构按字节编码，横向正反码8位信息码对应8位监督码，其码距为4，能纠单错检双错，且具有实现简单的特点；纵向采用(12，8)分组的海明码，其码距为4，同样具有纠单错检双错能力，具有编码效率高的特点。

本发明归纳整理了二维检错纠错编码的4位以内所有可能错码类型，针对不同错码类型，基于二维检错纠错编码的交叉校验纠错方法分析如下：

(1)1位错码情况；

无论采用横向或纵向检错纠错算法，1位错码都能纠正。

(2)2位错码情况；

2位错码位置分布可以分为：2位错码在同一行、2位错码在同一列、2位错码既不同行也不同列共三种情况。

(a)在同一行的2位错码可通过纵向检错纠错算法纠正；

(b)在同一列的2位错码可通过横向检错纠错算法纠正；

(c)不同行列的2位错码通过横向正或者纵向检错纠错算法都能纠正；

(3)3位错码情况；

类似步骤(2)中2位错码位置分布，3位错码位置分布可以分为3位错码在同一行或者同一列、3位错码中两两同行或者同列、3位错码中2位同行或者同列、3位错码既不同行也不同列共四种情况；

(a)如果是3位错码在同一行，采用纵向检错纠错算法纠正，如果3位错码在同一列，采用横向检错纠错纠正；

(b)如果3位错码两两同行，先采用一种检错纠错算法纠1位错码，再换另外一种算法依次纠2位错码；

(c)如果3位错码中2位同行或者同列，先采用一种检错纠错算法纠正，再换另外一种算法纠正剩余错码，也有可能前一种算法已经全部纠正；

(d)不同行列的3位错码通过横向或者纵向检错纠错算法都能纠正；

(4)4位错码情况；

类似上述错码类型分析，4位错码中大部分错码类型能通过交叉校验纠正，除过一种特殊错码类型——4位错码两两同行或者同列。

根据上述二维检错纠错编码错误类型分析，结合降低纠错算法复杂程度原则，本发明提出一种能交叉校验全部3位错码以及大部分4位错码的纠错算法，基于二维检错纠错编码的纠错方法设计如下：

(1)扫描统计横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey；

(2)判断Ex、Ey是否等于0，如果是则转步骤(16)，否则转步骤(3)；

(3)判断横向最大错码数Ex是否大于1，如果是转步骤(6)，否则转步骤(4)；

(4)横向扫描正反码纠单错；

(5)判断横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤(16)，否则转步骤(17)；

(6)判断纵向最大错码数Ey是否大于1，如果是转步骤(9)，否则转步骤(7)；

(7)扫描纵向海明码纠单错；

(8)判断横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤(16)，否则转步骤(17)；

(9)扫描横向正反码纠单错；

(10)扫描统计横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey；

(11)判断横向最大错码数Ex是否大于1，如果是转步骤(13)，否则转步骤(12)；

(12)判断横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤(16)，否则转步骤(17)；

(13)判断纵向最大错码数Ey是否大于1，如果是转步骤(17)，否则转步骤(14)；

(14)扫描纵向海明码纠单错；

(15)判断横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤(16)，否则转步骤(17)；

(16)所有错码纠正，二维检错纠错结束；

(17)存在不可纠正错码，二维检错纠错结束。

本发明方法具体实现过程为：

(1)首先对待写入数据按字节编码，分别进行横向正反码(16,8)、纵向海明码(12，8)编码。横向正反码由8位信息码、8位监督码组合生成，其中监督码是信息码的重复或反码，假定信息码依次是D[8]D[7]…D[1],如果信息码中“1”的个数是奇数，即判决信号R等于1，监督码Q[8]Q[7]…Q[1]等于D[8]D[7]…D[1]，反之，监督码Q[8]Q[7]…Q[1]等于～D[8]～D[7]…～D[1]。

$R=D\[8\]\⊕D\[7\]\⊕D\[6\]\⊕D\[5\]\⊕D\[4\]\⊕D\[3\]\⊕D\[2\]\⊕D\[1\]---\left(1\right)$

纵向海明码由8位信息码D[8]D[7]…D[1]、4位校验码P[4]P[3]…P[1]组成，其中校验码与信息码满足如下公式：

$P\[4\]=D\[8\]\⊕D\[7\]\⊕D\[6\]\⊕D\[5\]---\left(2\right)$

$P\[3\]=D\[8\]\⊕D\[4\]\⊕D\[3\]\⊕D\[2\]---\left(3\right)$

$P\[2\]=D\[7\]\⊕D\[6\]\⊕D\[4\]\⊕D\[3\]\⊕D\[1\]---\left(4\right)$

$P\[1\]=D\[7\]\⊕D\[5\]\⊕D\[4\]\⊕D\[2\]\⊕D\[1\]---\left(5\right)$

(2)当需要读出数据时，按照本发明设计的二维检错纠错算法对SRAM中存储的数据校验纠错，其中横向正反码、纵向海明码的纠错步骤如下。

横向正反码是一种简单的分组码，其监督字段码元数与信息字段码元数相同，监督码是信息码的重复或反码。正反码纠错步骤：

①信息字段D[8]D[7]…D[1]和监督字段Q[8]Q[7]…Q[1]模2相加，得到一个合成码组Z[8]Z[7]…Z[1]：

$Z\[8\]=D\[8\]\⊕Q\[8\]---\left(6\right)$

$Z\[7\]=D\[7\]\⊕Q\[7\]---\left(7\right)$

$Z\[6\]=D\[6\]\⊕Q\[6\]---\left(8\right)$

$Z\[5\]=D\[5\]\⊕Q\[5\]---\left(9\right)$

$Z\[4\]=D\[4\]\⊕Q\[4\]---\left(10\right)$

$Z\[3\]=D\[3\]\⊕Q\[3\]---\left(11\right)$

$Z\[2\]=D\[2\]\⊕Q\[2\]---\left(12\right)$

$Z\[1\]=D\[1\]\⊕Q\[1\]---\left(13\right)$

②然后由合成码组Z[8]Z[7]…Z[1]产生一校验码组W[8]W[7]…W[1]。若接收码组的信息字段中有奇数个“1”，则合成码组就是校验码组，若接收码组的信息字段中有偶数个“1”，则取合成码组的反码作为校验码组。

③根据校验码组W[8]W[7]…W[1]中“1”的个数，校验纠错可能发生的错码，并生成状态向量ES[1]ES[0]，状态向量ES[1]ES[0]表示是否有错码以及错码个数等情况，如表1所示。

纵向海明码是一种线性分组码，其信息码与校验码具有特定的编码关系，8位信息码对应4位冗余校验码，具体编码方式如式(2)-(5)所示。其中P[4]-P[1]是校验码，D[8]-D[1]是信息码。海明码解码步骤：

①由海明码组生成判决向量S[4]S[3]S[2]S[1]。

$S\[4\]=P\[4\]\⊕D\[8\]\⊕D\[7\]\⊕D\[6\]\⊕D\[5\]---\left(14\right)$

$S\[3\]=P\[3\]\⊕D\[8\]\⊕D\[4\]\⊕D\[3\]\⊕D\[2\]---\left(15\right)$

$S\[2\]=P\[2\]\⊕D\[7\]\⊕D\[6\]\⊕D\[4\]\⊕D\[3\]\⊕D\[1\]---\left(16\right)$

$S\[1\]=P\[1\]\⊕D\[7\]\⊕D\[5\]\⊕D\[4\]\⊕D\[2\]\⊕D\[1\]---\left(17\right)$

表1正反码解码对照表

表2海明码解码对照表

②根据判决向量S[4]S[3]S[2]S[1]，校验纠错可能发生的错码，并生成状态向量ES[1]ES[0]，状态向量ES[1]ES[0]表示是否有错码以及错码个数等错码情况，如表2所示。

Claims (1)

1.一种基于二维检错纠错编码的SRAM抗辐射加固方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、扫描统计横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey；

步骤二、判断横向最大错码数Ex和纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤十六，否则转步骤三；

步骤三、判断横向最大错码数Ex是否大于1，如果是转步骤六，否则转步骤四；

步骤四、横向扫描正反码纠单错；

步骤五、判断横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤十六，否则转步骤十七；

步骤六、判断纵向最大错码数Ey是否大于1，如果是转步骤九，否则转步骤七；

步骤七、扫描纵向海明码纠单错；

步骤八、判断横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤十六，否则转步骤十七；

步骤九、扫描横向正反码纠单错；

步骤十、扫描统计横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey；

步骤十一、判断横向最大错码数Ex是否大于1，如果是转步骤十三，否则转步骤十二；

步骤十二、判断横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤十六，否则转步骤十七；

步骤十三、判断纵向最大错码数Ey是否大于1，如果是转步骤十七，否则转步骤十四；

步骤十四、扫描纵向海明码纠单错；

步骤十五、判断横向最大错码数Ex、纵向最大错码数Ey是否等于0，如果是则转步骤十六，否则转步骤十七；

步骤十六、所有错码纠正，二维检错纠错结束；

步骤十七、存在不可纠正错码，二维检错纠错结束。