CN105185413A - 用于片上存储管理单元容错结构的自动验证平台与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够实现对容错结构进行随机故障注入验证，验证覆盖率高的用于片上存储管理单元容错结构的自动验证平台与方法。所述平台包括调试主机，以及通过串口连接的待测主机；调试主机用于进行验证流程控制并在验证过程中进行编码结果检查、错误注入、译码结果检查以及对处理器进行监控和调试；待测主机内集成有片上存储体容错结构，用于校验码编码的生成、译码逻辑和错误注入后的译码验证以及对存储体容错结构进行自动化验证程序的加载；所述的存储体容错结构包括存储器控制模块，容错模块，选择器和存储体；存储器控制模块和容错模块分别通过选择器对存储体进行读写控制完成片上存储体容错结构的工作模式和故障模式的控制。

Description

用于片上存储管理单元容错结构的自动验证平台与方法

技术领域

本发明涉及单粒子翻转的故障测试领域，具体为用于片上存储管理单元容错结构的自动验证平台与方法。

背景技术

近年来，随着半导体技术的飞速发展，对集成电路的规模与性能需求不断提升，SOC为适用于深空领域，必须采取适当的抗辐射加固技术来解决单粒子效应带来的可靠性问题。

星载系统的抗翻转及容错设计技术只能通过在地面进行验证来确保设计的可靠性，目前采用的方法主要是通过单粒子辐照试验和模拟仿真两种，单粒子辐照试验成本高，周期长，不易作为有效的测试手段；另一种是故障注入仿真，通过人为手段向待测系统引入错误，通过观测翻转结果来确定容错功能是否正确、可靠。目前，故障注入验证的基本方法包括硬件故障注入验证、软件故障注入验证及仿真故障注入验证三种方法。

目前，还有通过软硬件结合完成故障注入和容错结构的验证，专利公开号[CN103198868A]，名称“一种用于单粒子翻转的故障模拟系统及分析方法”介绍了一种用于大规模集成电路SRAM型FPGA中的单粒子翻转的故障模拟系统和分析方法，其采用软硬件结合的方式，通过上位机和控制板交互完成故障注入和故障检测。该方法虽然实现了软硬件结合的SRAM型FPGA容错能力验证，但需要其结构为通过双FPGA实现故障注入和结果比较，该方法虽然使用灵活且实现自动化验证，但由于通过待测FPGA1和故障注入FPGA2做比较，若换做芯片测试成本较高。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种能够实现对容错结构进行随机故障注入验证，验证覆盖率高的用于片上存储管理单元容错结构的自动验证平台与方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

用于片上存储管理单元容错结构的自动验证平台，包括调试主机，以及通过串口连接的待测主机；调试主机用于进行验证流程控制并在验证过程中进行编码结果检查、错误注入、译码结果检查以及对处理器进行监控和调试；待测主机内集成有片上存储体容错结构，用于校验码编码的生成、译码逻辑和错误注入后的译码验证以及对存储体容错结构进行自动化验证程序的加载；所述的存储体容错结构包括存储器控制模块，容错模块，选择器和存储体；存储器控制模块和容错模块分别用于在片上存储体容错结构的工作模式和故障模式下实现对存储体的读写控制，选择器用于对工作模式和故障模式进行选择。

优选的，存储体包括数据区和校验区，选择器控制端连接由调试主机控制的选择信号MODE_SEL控制故障注入模式和存储器工作模式的切换。

进一步，当选择信号MODE_SEL赋值选择存储器工作模式时，存储器控制模块输出一套控制信号SCTRL_S将片选信号、读写控制信号输入给存储体，统一控制数据区和校验区的读写；

当选择信号MODE_SEL赋值选择故障注入模式时，容错模块输出两套控制信号DATA_S和PAR_S分别控制数据区和校验区，实现数据区和校验区数据的分别写入或读出。

优选的，串口采用RS232接口。

优选的，设置存储体容错结构的集成片上设置有与调试主机连接的UART接口。

基于进一步所述的验证平台的用于片上存储管理单元容错结构的自动验证方法，包括如下步骤，

步骤1，完成系统初始化并使能容错功能；

步骤2，开始编码逻辑功能的验证；

2.1由调试主机向待测存储体预先写入随机数，作为预先数据和预先校验码；

2.2使能故障注入模式，对待测存储体的数据区和校验区进行单独访问，读取相应的数据和校验码，根据读取到的数据计算生成计算校验码；

2.3选择存储器工作模式，然后将计算校验码与读出的预先校验码进行比较，若比较结果不一致，则编码错误，程序结束，将结果返给调试主机；若比较结果一致，则编码正确，执行步骤3；

步骤3，开始译码逻辑功能的验证；对待测存储体进行读操作，检查是否产生校验错误及读出结果与预先写入随机数是否一致，若检出错误则译码错输，程序结束将比较结果返给调试主机；若未发生错误则译码正确且数据比较结果一致，执行步骤4；

步骤4，开始故障注入后功能的验证；

4.1进入故障注入模式，通过调试主机对存储体的校验码注入随机错误，通过随机函数保证错误发生位置随机，数据翻转位数随机；

4.2完成故障注入后，读取存储体中对应的数据，判断是否发生校验错误，若没有发生则译码逻辑错误，程序结束，将结果返给调试主机；

若检测到有校验错误，则译码逻辑正确，进行纠错；

4.3纠错后，将产生错误的地址的数据区和纠错后校验区的数值读出，并将二者与正确的预先写入随机数据做比较，若不一致，则纠错失败，译码错误，程序结束，将结果返给调试主机；

若一致，则纠错成功，译码正确，确认存储体容错结构的正确性，完成本轮测试。

优选的，循环执行步骤1到步骤4，得到存储体容错结构正确性的验证数据，计算得到存储体容错结构的可靠性指标。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明针对片上存储体容错结构，模拟太空应用环境的单粒子翻转效应对处理器的影响，利用容错模块发出了两个独立的控制命令对数据区和校验区进行独立的容错控制，配合存储器控制模块发出的读写指令，能够实现随机化、自动化、高效的故障注入验证策略，达到验证存储管理单元容错结构的正确性及可靠性的目的。本发明平台摒弃了传统的定向验证方式，实现片内存储器的故障注入发生位置随机，注入数据随机，错误位数随机，从而搭建模拟单粒子效应导致的信号翻转的环境，且该验证方法实现程序执行自动化以及测试结果自比较，验证过程中不需要人工干预。

本发明能够通过搭建的验证平台，采用本验证方法能够实现测试数据随机化、测试流程自动化、验证覆盖率提高，从而有效的容错结构的正确性和可靠性，所取得的效果如下：

1)比较传统的通过单条定点注错验证方式，采用本发明随机错误注入模拟深空环境下的单粒子翻转效应对系统的影响，该验证过程实现测试流程自动化，有效的提高了验证覆盖率和容错设计可靠性。

2)由于故障注入方式随机，错误发生位置随机，数据翻转位数随机，可以更有效的模拟深空条件，从而保障容错结构验证的结果正确性。

3)采用本发明的验证方法，在验证过程中，故障注入及结果自比较都是靠软硬件协同实现，验证人员只需要运行测试程序和监测结果，大大节省验证人员的工作量。

附图说明

图1为本发明所述的片内存储体的容错结构示意图。

图2为本发明所述的自动验证平台的结构框图。

图3为本发明所述的自动验证方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明中片内存储体容错的结构采用存储器工作模式和故障注入模式两种模式的分别控制数据传输通路，其中在存储器工作模式下，将存储体的数据区和校验区作为整体，通过一套控制信号统一控制数据的输入和输出；在故障注入模式下，存储体的数据区和校验区作为两个独立存储区分别通过两套控制信号实现独立控制数据输入和输出，为片上存储体容错结构的随机故障注入验证方法提供了硬件支撑条件。

容错结构如图1所示，其包括存储器控制模块，容错模块，选择器和存储体，其中存储体包括数据区和校验区两部分。选择器的选择信号MODE_SEL控制故障注入模式和存储器工作模式的切换，能够通过程序配置片上系统寄存器的相应位域完成MODE_SEL信号的赋值，本优选实例中，当MODE_SEL信号赋1时作为存储器工作模式，存储器控制模块输出一套控制信号SCTRL_S将片选信号、读写控制信号输入给存储体，统一控制数据区和校验区的读写；当MODE_SEL信号赋0时作为故障注入模式，容错模块输出两套控制信号DATA_S和PAR_S分别控制数据区和校验区，实现数据区和校验区数据的分别写入。

本发明中自动化故障注入验证平台的搭建为软硬件协同工作的平台，为实现片上存储体容错结构的随机故障注入验证提供了环境，具体结构如图2所示，其中TestBench为系统验证平台，分别由两部分构成：GDB和DUT。GDB是带有硬件调试单元配套软件的调试主机，该调试主机通过RS232接口与待测主机DUT建立连接，进行整体验证流程控制并在验证过程中进行编码结果检查、错误注入、译码结果检查等工作以及实现对处理器进行监控和调试；DUT为集成有片上存储体容错结构的待测试设计，完成校验码编码的生成、译码逻辑和错误注入后的译码验证并通过片上uart接口完成自动化验证程序的加载，并实现GDB和DUT的交互完成验证。

本发明自动化验证方法作为片上存储体容错结构的随机故障注入验证软件，配合硬件完成容错验证，验证流程图如图3所示，本发明所述验证方法主要包括三部分，分别对编码逻辑功能、译码逻辑功能和故障注入后功能进行测试。如图3所示，其为故障注入的自动化验证方法流程图，测试时主要包括三部分，分别对编码逻辑功能、译码逻辑功能和故障注入后功能进行验证。测试验证流程如下：1)完成系统初始化并使能容错功能，由调试主机控制将待测存储体预先写入随机数，作为预先数据和预先校验码；2)使能故障注入模式，对待测存储体的数据区和校验区进行单独访问，读取相应的数据和校验码；3)根据读出的数据计算生成计算效验码，选择存储器工作模式，然后将计算校验码与读出的预先效验码进行比较，若比较结果不一致，则编码错误，程序结束，将结果返给调试主机；4)若比较结果一致，则编码正确，对待测存储体进行读操作，检查是否产生校验错误及读出结果与预先写入随机数是否一致，若检出错误则程序结束，将比较结果返给调试主机；5)若未发生错误且数据比较结果一致，则进入故障注入模式，通过调试主机对存储体的校验码注入随机错误，通过随机函数保证错误发生位置随机，数据翻转位数随机；6)完成故障注入后，读取存储体中对应的数据，判断是否发生校验错误，若没有发生则认为译码逻辑错误，程序结束，将结果返给调试主机；若检测到有校验错误，则说明译码逻辑正确，并将产生错误的地址的数据区和纠错后edac校验区的数值读出，并将二者与正确的预先写入随机数据做比较，若不一致，则纠错失败，译码错误，程序结束，将结果返给调试主机；若一致，则纠错成功，译码正确；在检查数据是否被纠正后，确认容错设计结构的正确性，完成本轮测试。

要进行验证存储体容错设计结构的可靠性，只需使用本验证平台并执行本发明所述的验证方法，运行测试程序循环测试即可。

本发明已经应用于一款集成有容错设计结构的片上存储器的SoC中，通过应用本发明验证方法，实现该款SoC的故障注入自动化验证，提高了容错设计的验证覆盖率，验证效果明显提升。该SoC目前已流片并已完成辐照试验，试验结果满足抗辐射指标要求。

Claims (7)

1.用于片上存储管理单元容错结构的自动验证平台，其特征在于，包括调试主机，以及通过串口连接的待测主机；

调试主机用于进行验证流程控制并在验证过程中进行编码结果检查、错误注入、译码结果检查以及对处理器进行监控和调试；

待测主机内集成有片上存储体容错结构，用于校验码编码的生成、译码逻辑和错误注入后的译码验证以及对存储体容错结构进行自动化验证程序的加载；

所述的存储体容错结构包括存储器控制模块，容错模块，选择器和存储体；存储器控制模块和容错模块分别用于在片上存储体容错结构的工作模式和故障模式下实现对存储体的读写控制，选择器用于对工作模式和故障模式进行选择。

2.根据权利要求1所述的用于片上存储管理单元容错结构的自动验证平台，其特征在于，存储体包括数据区和校验区，选择器控制端连接由调试主机控制的选择信号MODE_SEL控制故障注入模式和存储器工作模式的切换。

3.根据权利要求2所述的用于片上存储管理单元容错结构的自动验证平台，其特征在于，当选择信号MODE_SEL赋值选择存储器工作模式时，存储器控制模块输出一套控制信号SCTRL_S将片选信号、读写控制信号输入给存储体，统一控制数据区和校验区的读写；

当选择信号MODE_SEL赋值选择故障注入模式时，容错模块输出两套控制信号DATA_S和PAR_S分别控制数据区和校验区，实现数据区和校验区数据的分别写入或读出。

4.根据权利要求1所述的用于片上存储管理单元容错结构的自动验证平台，其特征在于，所述的串口采用RS232接口。

5.根据权利要求1所述的用于片上存储管理单元容错结构的自动验证平台，其特征在于，设置存储体容错结构的集成片上设置有与调试主机连接的UART接口。

6.基于权利要求3所述的验证平台的用于片上存储管理单元容错结构的自动验证方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤1，完成系统初始化并使能容错功能；

步骤2，开始编码逻辑功能的验证；

2.1由调试主机向待测存储体预先写入随机数，作为预先数据和预先校验码；

2.2使能故障注入模式，对待测存储体的数据区和校验区进行单独访问，读取相应的数据和校验码，根据读取到的数据计算生成计算校验码；

2.3选择存储器工作模式，然后将计算校验码与读出的预先校验码进行比较，若比较结果不一致，则编码错误，程序结束，将结果返给调试主机；若比较结果一致，则编码正确，执行步骤3；

步骤3，开始译码逻辑功能的验证；对待测存储体进行读操作，检查是否产生校验错误及读出结果与预先写入随机数是否一致，若检出错误则译码错输，程序结束将比较结果返给调试主机；若未发生错误则译码正确且数据比较结果一致，执行步骤4；

步骤4，开始故障注入后功能的验证；

4.1进入故障注入模式，通过调试主机对存储体的校验码注入随机错误，通过随机函数保证错误发生位置随机，数据翻转位数随机；

4.2完成故障注入后，读取存储体中对应的数据，判断是否发生校验错误，若没有发生则译码逻辑错误，程序结束，将结果返给调试主机；

若检测到有校验错误，则译码逻辑正确，进行纠错；

4.3纠错后，将产生错误的地址的数据区和纠错后校验区的数值读出，并将二者与正确的预先写入随机数据做比较，若不一致，则纠错失败，译码错误，程序结束，将结果返给调试主机；

若一致，则纠错成功，译码正确，确认存储体容错结构的正确性，完成本轮测试。

7.根据权利要求6所述用于片上存储管理单元容错结构的自动验证方法，其特征在于，循环执行步骤1到步骤4，得到存储体容错结构正确性的验证数据，计算得到存储体容错结构的可靠性指标。