CN117437970A - 具有存储器空间单粒子翻转检测能力的星载计算机系统 - Google Patents

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杨建宇
毛凯莉
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Abstract

本发明涉及抗辐射集成电路技术领域，特别涉及一种具有存储器空间单粒子翻转检测能力的星载计算机系统。系统包括：处理器、总线、存储器、存储器接口控制器、纠检错模块和检测模块；存储器包含若干个存储字，每一个存储字含有若干个存储位和若干个校验位；检测模块用于根据存储器在当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量，调整下一个检测周期的时长，并在各检测周期通过总线、存储器接口控制器和纠检错模块对存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正；纠检错模块通过存储器接口控制器与存储器连接，纠检错模块用于对每一个存储字中的单存储位错变进行检测和纠正。本方案不仅不占用处理器的运算资源，还可以自适应地调整检测周期的时长。

Description

具有存储器空间单粒子翻转检测能力的星载计算机系统
技术领域
本发明实施例涉及抗辐射集成电路技术领域，特别涉及一种具有存储器空间单粒子翻转检测能力的星载计算机系统。
背景技术
在空间辐射环境下，随着集成电路工艺尺寸的不断缩小，SRAM、SDRAM等存储单元对单粒子翻转的敏感性日益增强，存储器抗单粒子翻转是星载电子设备必须具备的功能。
传统的星载计算机系统，是处理器在闲时进行存储器空间单粒子翻转检测，以在检测出存储器中各存储字由于单粒子出现单存储位错变时，利用纠检错模块对单存储位错变进行纠正。这种方式只能利用固定的检测周期进行检测，并且会占用宝贵的处理器计算与访存资源。而且，纠检错模块只能对存储字的单存储位错变进行纠正，无法对双存储位错变和多存储位错变进行纠正，若固定的检测周期过长，长时间未对存储器的各存储字进行检测和纠正，很容易出现单粒子翻转错误累积，导致单存储位错变变为双存储位错变和多存储位错变，那么就超出了纠检错模块中校验码的纠错能力了。
因此，亟需一种新的具有存储器空间单粒子翻转检测能力的星载计算机系统。
发明内容
为了解决传统的星载计算机系统利用处理器在固定的检测周期进行存储器空间单粒子翻转检测，不仅会占用的处理器计算资源，而且固定检测周期容易导致单粒子翻转错误累积，超出纠检错模块纠错能力的问题，本发明实施例提供了一种具有存储器空间单粒子翻转检测能力的星载计算机系统。
第一方面，本发明实施例提供了一种具有存储器空间单粒子翻转检测能力的星载计算机系统，系统包括：处理器、总线、存储器、存储器接口控制器、纠检错模块和检测模块；
所述存储器包含若干个存储字，每一个存储字含有若干个存储位和若干个校验位；
所述检测模块用于根据存储器在当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量，调整下一个检测周期的时长，并在各检测周期通过所述总线、所述存储器接口控制器和所述纠检错模块对所述存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正；
所述纠检错模块通过所述存储器接口控制器与所述存储器连接，所述纠检错模块用于对每一个存储字中的单存储位错变进行纠正。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于本说明书任一实施例所述系统的存储器空间单粒子翻转检测方法，方法包括：
步骤200，获取预先设置的周期默认值作为当前检测周期；
步骤202，经过当前检测周期时长后，通过总线、存储器接口控制器和纠检错模块对存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正；
步骤204，根据存储器在当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量，调整下一个检测周期的时长；
步骤206，将下一个检测周期的时长作为新的当前检测周期，跳转执行所述步骤202。
本发明实施例提供了一种具有存储器空间单粒子翻转检测能力的星载计算机系统，其一，新增了检测模块进行空间单粒子翻转检测，相较于传统的利用处理器进行检测的方式，本方案不占用处理器的运算资源，自主完成存储器的检测任务；其二，检测模块能够根据当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量，自适应地调整下一个检测周期的间隔时长，既可以避免检测周期过长出现单粒子翻转错误累积，保证不超出纠检错模块的纠错能力，又可以避免检测周期过短，频繁地占用总线。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种具有存储器空间单粒子翻转检测能力的星载计算机系统的组成示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种存储器空间单粒子翻转检测方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面描述以上构思的具体实现方式。
请参考图1，本发明实施例提供了一种具有存储器空间单粒子翻转检测能力的星载计算机系统，该系统包括：处理器、总线、存储器、存储器接口控制器、纠检错模块和检测模块；
存储器包含若干个存储字，每一个存储字含有若干个存储位和若干个校验位；
检测模块用于根据存储器在当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量，调整下一个检测周期的时长，并在各检测周期通过总线、存储器接口控制器和纠检错模块对存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正；
纠检错模块通过存储器接口控制器与存储器连接，纠检错模块用于对每一个存储字中的单存储位错变进行检测和纠正。
本发明实施例中，其一，新增了检测模块进行空间单粒子翻转检测，相较于传统的利用处理器进行检测的方式，本方案不占用处理器的运算资源，自主完成存储器的检测任务；其二，检测模块能够根据当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量，自适应地调整下一个检测周期的间隔时长，既可以避免检测周期过长出现单粒子翻转错误累积，保证不超出纠检错模块的纠错能力，又可以避免检测周期过短，频繁地占用总线。
需要说明的是，空间辐射环境下产生的单粒子有可能不会对存储器产生影响，也有可能会使存储器中各存储字的某一位存储位发生异常翻转，因此，需要周期性地对存储器空间单粒子翻转进行检测和纠正。
可以理解，检测过程由检测模块执行，不占用处理器资源，检测期间处理器可执行除存储器访问之外的其他运算程序；检测过程结束后处理器可正常访问存储器。本方案与现有技术相比，解决了传统的使用处理器访问操作进行存储器检测需要暂停处理器正常任务执行，处理器运算资源被大量占用的问题。
另外，存储字可以含有32位存储位加8位校验位，也可以含有8位存储位加5位校验位或者其他，在此不对存储字中的存储位和校验位的位数做限定。且每一个存储字中的校验位用于存储目标校验码。
在一些实施方式中，检测模块根据存储器在当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量，调整下一个检测周期的时长，并在各检测周期启动总线、存储器接口控制器和纠检错模块对存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正，包括：
步骤S1，获取预先设置的周期默认值作为当前检测周期；
步骤S2，经过当前检测周期时长后，通过总线对存储器中的每一个存储字进行读取，以对存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正，并统计当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量；
步骤S3，基于当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量、当前检测周期以及预先设置的判定阈值，计算下一个检测周期的时长；
步骤S4，将下一个检测周期的时长作为新的当前检测周期，跳转执行步骤S2。
在本实施例中，由于纠检错模块只能对单存储位错变的存储字进行纠正，可以通过设置判定阈值，即一个周期中发生单存储位错变的存储字的数量阈值，当当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量超过判定阈值，减小下一个检测周期的时长，当当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量小于判定阈值，适当增大下一个检测周期的时长，以此来自适应地动态调整检测周期，避免检测周期过长过短带来的问题。
在一些实施方式中，下一个检测周期的时长是通过如下公式进行计算的：
式中，Tn+1为下一个检测周期的时长，Tn为当前检测周期，Ft为判定阈值，Fb为正向偏置，Fn为当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量。
举例来说，设置周期默认值T0为100ms，判定阈值Ft设置为1，正向偏置Fb设置为1；若在第0个检测周期发生单存储位错变的存储字的数量F0为0，则下一检测周期若在第1个检测周期发生单存储位错变的存储字的数量F1为1，则下一检测周期/>若在第2个检测周期发生单存储位错变的存储字的数量F2为2，则下一检测周期/>依此类推。
需要说明的是，正向偏置可以设置为1或2，用来避免当当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量Fn为0时，下一个检测周期的时长Tn+1计算得到无穷大，导致程序出错的问题。
在一些实施方式中，通过总线对存储器中的每一个存储字进行读取，以对存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正，包括：
利用存储器接口控制器读取存储器中的每一个存储字，以分别计算每一个存储字的校验值；
分别与存储器中每一个存储字的校验位存储的目标校验码进行对比，以检测每一个存储字在当前检测周期中是否发生单粒子翻转，以确定每一个存储字是否发生单存储位错变或双存储位错变；
利用纠检错模块对存储器中发生单存储位错变的存储字进行纠正。
在本实施例中，利用目标校验码与每一个存储字在当前检测周期新计算的校验值进行对比，可以检测出每一个存储字是否发生单存储位错变或双存储位错变，但是纠检错模块却只能对单存储位错变进行纠正，因此，本方案只统计发生单存储位错变的存储字的数量来对检测周期进行调整，当出现双存储位错变时，只能利用其它方式进行纠错，双存储位错变的纠错方式不在本方案考虑的范围内。而且，从初始开始就利用本方案的自适应存储器空间单粒子翻转检测方式，本来就可以极大地避免错误累积导致的双位错或多位错的出现。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种基于本说明书任一实施例系统的存储器空间单粒子翻转检测方法，包括：
步骤200，获取预先设置的周期默认值作为当前检测周期；
步骤202，经过当前检测周期时长后，通过总线、存储器接口控制器和纠检错模块对存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正；
步骤204，根据存储器在当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量，调整下一个检测周期的时长；
步骤206，将下一个检测周期的时长作为新的当前检测周期，跳转执行步骤202。
在一些实施方式中，步骤204中下一个检测周期的时长是通过如下公式进行计算的：
式中，Tn+1为下一个检测周期的时长，Tn为当前检测周期，Ft为判定阈值，Fb为正向偏置，Fn为当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量。
在一些实施方式中，步骤202中通过总线、存储器接口控制器和纠检错模块对存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正，可以包括：
利用存储器接口控制器读取存储器中的每一个存储字，以分别计算每一个存储字的校验值；
分别与存储器中每一个存储字的校验位存储的目标校验码进行对比，以检测每一个存储字在当前检测周期中是否发生单粒子翻转，以确定每一个存储字是否发生单存储位错变或双存储位错变；
利用纠检错模块对存储器中发生单存储位错变的存储字进行纠正。
上述方法的内容，由于与本发明系统实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明系统实施例中的叙述，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：FLASH、SRAM、DRAM等各种可以存储程序代码的介质中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种具有存储器空间单粒子翻转检测能力的星载计算机系统，其特征在于，包括：处理器、总线、存储器、存储器接口控制器、纠检错模块和检测模块；
所述存储器包含若干个存储字，每一个存储字含有若干个存储位和若干个校验位；
所述检测模块用于根据存储器在当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量，调整下一个检测周期的时长，并在各检测周期通过所述总线、所述存储器接口控制器和所述纠检错模块对所述存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正；
所述纠检错模块通过所述存储器接口控制器与所述存储器连接，所述纠检错模块用于对每一个存储字中的单存储位错变进行纠正。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测模块根据存储器在当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量，调整下一个检测周期的时长，并在各检测周期启动所述总线、所述存储器接口控制器和所述纠检错模块对所述存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正，包括：
步骤S1，获取预先设置的周期默认值作为当前检测周期；
步骤S2，经过当前检测周期时长后，通过所述总线对所述存储器中的每一个存储字进行读取，以对所述存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正，并统计当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量；
步骤S3，基于当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量、当前检测周期以及预先设置的判定阈值，计算下一个检测周期的时长；
步骤S4，将下一个检测周期的时长作为新的当前检测周期，跳转执行所述步骤S2。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，下一个检测周期的时长是通过如下公式进行计算的：
式中，Tn+1为下一个检测周期的时长，Tn为当前检测周期，Ft为所述判定阈值，Fb为正向偏置，Fn为当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述通过所述总线对所述存储器中的每一个存储字进行读取，以对所述存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正，包括：
利用所述存储器接口控制器读取所述存储器中的每一个存储字，以分别计算每一个存储字的校验值；
分别与所述存储器中每一个存储字的校验位存储的目标校验码进行对比，以检测每一个存储字在当前检测周期中是否发生单粒子翻转，以确定每一个存储字是否发生单存储位错变或双存储位错变；
利用所述纠检错模块对所述存储器中发生单存储位错变的存储字进行纠正。
5.一种基于权利要求1-4中任一所述系统的存储器空间单粒子翻转检测方法，其特征在于，包括：
步骤200，获取预先设置的周期默认值作为当前检测周期；
步骤202，经过当前检测周期时长后，通过总线、存储器接口控制器和纠检错模块对存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正；
步骤204，根据存储器在当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量，调整下一个检测周期的时长；
步骤206，将下一个检测周期的时长作为新的当前检测周期，跳转执行所述步骤202。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，下一个检测周期的时长是通过如下公式进行计算的：
式中，Tn+1为下一个检测周期的时长，Tn为当前检测周期，Ft为所述判定阈值，Fb为正向偏置，Fn为当前检测周期中发生单存储位错变的存储字的数量。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述通过总线、存储器接口控制器和纠检错模块对存储器进行空间单粒子翻转检测和纠正，包括：
利用所述存储器接口控制器读取所述存储器中的每一个存储字，以分别计算每一个存储字的校验值；
分别与所述存储器中每一个存储字的校验位存储的目标校验码进行对比，以检测每一个存储字在当前检测周期中是否发生单粒子翻转，以确定每一个存储字是否发生单存储位错变或双存储位错变；
利用纠检错模块对所述存储器中发生单存储位错变的存储字进行纠正。
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