[發(fā)明專利]基于同步冗余線程與編碼技術(shù)的抗單粒子效應(yīng)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910078908.3
• 申請日: 2009-02-27
• 公開（公告）號: CN101551764A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 和平;于立新;郝麗
• 申請（專利權(quán)）人: 北京時代民芯科技有限公司;中國航天時代電子公司第七七二研究所
• 主分類號: G06F11/00
• 分類號: G06F11/00;G06F11/14;G06F9/38
• 代理公司: 中國航天科技專利中心
• 代理人: 安 麗

1.基于同步冗余線程與編碼技術(shù)的抗單粒子效應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：包括取指模塊、線程選通模塊、譯碼模塊I、執(zhí)行模塊I、譯碼模塊II、執(zhí)行模塊II、檢錯電路I、檢錯電路II、寄存器堆I、寄存器堆II，比較模塊、存儲模塊和系統(tǒng)控制器；

取指模塊，根據(jù)系統(tǒng)控制器的控制，從命中的CACHE或是從外部存儲器中讀取指令，并將讀取的指令緩存；

線程選通模塊，讀取取指模塊緩存的指令，將該指令寫入冗余線程指令緩沖區(qū)后發(fā)射；同時將譯碼模塊I、譯碼模塊II選通；

譯碼模塊I、譯碼模塊II分別將線程選通模塊發(fā)射的指令進行譯碼，并將譯碼后的結(jié)果分別發(fā)送給執(zhí)行模塊I、執(zhí)行模塊II；

執(zhí)行模塊I、執(zhí)行模塊II，根據(jù)接收的譯碼后的結(jié)果，分別從寄存器堆I、寄存器堆II中讀取數(shù)據(jù)，并將讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送給檢錯電路I、檢錯電路II；根據(jù)系統(tǒng)控制器的控制，執(zhí)行相應(yīng)操作；

檢錯電路I、檢錯電路II，檢測讀取的數(shù)據(jù)是否發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)，并將檢錯結(jié)果發(fā)送給系統(tǒng)控制器；

比較模塊，將執(zhí)行模塊I、執(zhí)行模塊II執(zhí)行指令后的結(jié)果進行比較，若結(jié)果一致，則將該結(jié)果發(fā)送給存儲模塊存儲；否則，將當(dāng)前狀態(tài)通知系統(tǒng)控制器；

系統(tǒng)控制器工作過程：第一步，判斷是否收到檢錯電路I、檢錯電路II發(fā)送的檢錯結(jié)果，若收到該檢錯結(jié)果，則轉(zhuǎn)第二步，否則，判斷受否收到比較模塊發(fā)送的當(dāng)前狀態(tài)信息，若收到當(dāng)前狀態(tài)信息，則控制取指模塊重新讀取該指令；若未收到當(dāng)前狀態(tài)信息，則繼續(xù)等待；

第二步，若檢錯結(jié)果表明執(zhí)行模塊I、執(zhí)行模塊II從寄存器堆I、寄存器堆II中讀取的數(shù)據(jù)都未發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)，則控制執(zhí)行模塊I、執(zhí)行模塊II利用讀取的數(shù)據(jù)執(zhí)行當(dāng)前指令；

若檢錯結(jié)果表明執(zhí)行模塊I、執(zhí)行模塊II從寄存器堆I、寄存器堆II中讀取的數(shù)據(jù)都發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)，則控制執(zhí)行模塊I、執(zhí)行模塊II停止工作，同時控制取指模塊重新讀取當(dāng)前指令；

若檢錯結(jié)果表明只有一個執(zhí)行模塊從其寄存器堆中讀取的數(shù)據(jù)發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)，則先控制執(zhí)行模塊I、執(zhí)行模塊II停止工作，用另一執(zhí)行模塊讀取的正確的數(shù)據(jù)替換該發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)，并將替換后的數(shù)據(jù)分別發(fā)送給執(zhí)行模塊I、執(zhí)行模塊II，再啟動執(zhí)行模塊I、執(zhí)行模塊II，由執(zhí)行模塊I、執(zhí)行模塊II利用替換的數(shù)據(jù)執(zhí)行當(dāng)前指令。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同步冗余線程與編碼技術(shù)的抗單粒子效應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：還包括寫回模塊，寫回模塊將存儲模塊存儲的結(jié)果寫回寄存器堆I、寄存器堆II。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于同步冗余線程與編碼技術(shù)的抗單粒子效應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：所述取指模塊從外部存儲器中讀取的指令需經(jīng)過EDAC糾錯檢錯處理；從命中的CACHE中讀取的指令經(jīng)過奇偶校驗處理。

4.基于同步冗余線程與編碼技術(shù)的抗單粒子效應(yīng)方法，其特征在于：該方法由兩個線程分五級流水同步執(zhí)行，兩個線程的共享資源為取指級、線程選通級、存儲級，冗余資源為譯碼級和執(zhí)行級；方法步驟如下：

(1)取指級從命中的CACHE或是從外部存儲器中讀取指令，并將讀取的指令緩存；

(2)線程選通級讀取步驟(1)中緩存的指令，將該指令緩存后發(fā)射；同時將所述的冗余資源選通；

(3)冗余資源中的譯碼級接收線程選通級發(fā)送的指令，并將該指令進行譯碼，譯碼后發(fā)送給執(zhí)行級；

(4)冗余執(zhí)行級根據(jù)步驟(3)譯碼后的指令，分別從各自所在線程的寄存器堆中讀取數(shù)據(jù)，讀取過程中，判斷讀取的數(shù)據(jù)是否發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)，若冗余執(zhí)行級從寄存器堆中讀取的數(shù)據(jù)都未發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)，則冗余執(zhí)行級分別利用讀取的數(shù)據(jù)執(zhí)行該指令，轉(zhuǎn)步驟(5)；若冗余執(zhí)行級從寄存器堆中讀取的數(shù)據(jù)都發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)，停止兩個線程流水線，從步驟(1)開始重新執(zhí)行；若冗余執(zhí)行級從寄存器堆中讀取的數(shù)據(jù)只有一個線程發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)，先停止兩個線程流水線，冗余執(zhí)行級將未發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)替換發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)，再啟動所述流水線，并分別利用讀取的數(shù)據(jù)執(zhí)行該指令，轉(zhuǎn)步驟(5)；

(5)存儲級將冗余執(zhí)行級執(zhí)行結(jié)果進行比較，若結(jié)果一致，則存儲該結(jié)果；否則，表明發(fā)生單粒子瞬態(tài)，停止流水線執(zhí)行，從步驟(1)開始重新執(zhí)行。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同步冗余線程與編碼技術(shù)的抗單粒子效應(yīng)方法，其特征在于：所述的兩個線程的共享資源還包括寫回級，寫回級將步驟(5)中存儲的執(zhí)行結(jié)果寫回到所述的寄存器堆中。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于同步冗余線程與編碼技術(shù)的抗單粒子效應(yīng)方法，其特征在于：所述步驟(1)中的取指級從外部存儲器中讀取的指令需經(jīng)過EDAC糾錯檢錯處理；從命中的CACHE中讀取的指令經(jīng)過奇偶校驗處理。