高效片上存储纠错技术研究与实现

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随着空天应用需求的快速发展,空间信息处理对抗辐照星载集成电路芯片的性能提出了更高要求。而半导体工艺的不断发展,特征尺寸不断缩小,使得集成电路的性能、集成度成倍增长的同时,片上存储单元出现单位翻转、多位翻转事件的概率大大增加,这已成为目前高性能微处理器以及片上系统SoC(System on Chip,SoC)的主要软错误来源[1]。片上存储器占据了芯片的绝大部分面积,其性能与可靠性对设计高性能微处理器具有重要意义。本文主要针对片上存储器的EDAC(Error Detection And Correction,EDAC)纠错码技术及其硬件实现展开研究,以快速高效实现片上多种存储器的EDAC加固设计,对提高抗辐照高性能微处理器的设计效率具有重要的理论与工程应用价值。本文的主要工作和创新点体现在以下几个方面:1、对目前单位纠错、两位检错码(Single error correction-Double error detection,SEC-DED)校验矩阵的构建进行了算法优化,降低了相邻两位错的概率,同时设计实现了该纠错码参数可配置的硬件电路模块。2、对基于SEC-DED设计的某片上存储体加固进行了功能完善和性能优化,使该存储体支持小粒度写,支持分栈读取数据,并优化了后台缓冲以及忙控制信号设计,降低了硬件开销。3、基于单位纠错、两位检错、相邻两位纠错码(Single error correction-double error detection-double adjacent error correction,SEC-DED-DAEC)提出了改进的剪枝搜索校验矩阵生成算法,采用剪枝和伪贪婪的核心思想完全消除相邻两位错。并利用C语言在Matlab上生成了信息位宽8~512位且无误码率的所有SEC-DED-DAEC校验矩阵。4、利用Python语言将SEC-DED-DAEC码的硬件电路设计集成为参数可配置的模块,能自动生成所需类型存储器部件加固的RTL设计代码以及测试模块,使得不同位宽的片上存储器部件都能够实现SEC-DED-DAEC的加固纠错。5、最后针对片上存储器部件的端口类型、数据宽度、深度、是否刷新等众多参数,利用Python Tkinter对基于上述EDAC算法实现的参数化模块进行了集成,实现了具有友好人机交互图形界面的EDAC生成平台,能快速生成设计者所需片上存储器的RTL级EDAC设计代码和验证平台,大大提高了片上存储器加固设计和验证的效率。最后将上述EDAC生成平台应用于某微处理器芯片VX-DSP片上存储器的EDAC加固设计,结果表明,EDAC生成平台满足片上存储EDAC的设计需要。
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