[發(fā)明專利]抗輻射故障保護(hù)型存儲(chǔ)裝置及其抗輻射故障保護(hù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110147557.4
• 申請(qǐng)日: 2011-06-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102298973A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖立伊;祝名;付方發(fā);周彬;陳達(dá)燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G11C29/42
• 分類號(hào): G11C29/42
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種抗故障保護(hù)型存儲(chǔ)裝置及其保護(hù)方法。

背景技術(shù)

隨著集成工藝尺寸的不斷降低，集成電路對(duì)空間輻射環(huán)境和地面噪聲環(huán)境越發(fā)地敏感，電路的正常工作狀態(tài)受到嚴(yán)重地影響。錯(cuò)誤修正碼(ECC)是一種修正存儲(chǔ)器中故障的常用方法。然而，隨著存儲(chǔ)器中相臨單元之間的距離不斷縮小，一次輻射事件造成多位翻轉(zhuǎn)的幾率大大地增加；同時(shí)由于ECC電路需要由編碼器和譯碼器構(gòu)成，這些組合電路會(huì)受到由輻射引起的單粒子瞬態(tài)效應(yīng)的影響。因此，需要一種更為有效地的存儲(chǔ)器故障保護(hù)(Fault-Secure)加固技術(shù)，既可以修正存儲(chǔ)陣列中的多位錯(cuò)誤，又可以修正ECC電路中的錯(cuò)誤。

漢明碼(Hamming?codes)是ECC中最為常見(jiàn)的一種糾錯(cuò)技術(shù)，它可以修正一位、探測(cè)兩位錯(cuò)誤。漢明碼具有編碼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，但是它無(wú)法修正多于兩位的錯(cuò)誤。歐氏幾何低密度單奇偶校驗(yàn)碼(EG-LDPC)是目前已知的唯一具有故障保護(hù)能力的ECC編碼。EG-LDPC碼是分組循環(huán)碼的一種，它可以修正多個(gè)錯(cuò)誤，同時(shí)具有高碼增益和低誤碼率的特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域。EG-LDPC碼還是一種大數(shù)邏輯可譯碼，相對(duì)于其它分組循環(huán)碼的迭代譯碼方式，具有譯碼速度快的特點(diǎn)。具體譯碼方式如下：首先通過(guò)計(jì)算接收的數(shù)據(jù)向量和自身的奇偶校驗(yàn)矩陣的內(nèi)積，得到α個(gè)奇偶校驗(yàn)總和；然后α個(gè)奇偶校驗(yàn)總和輸入到大數(shù)邏輯門(mén)中進(jìn)行判斷；如果大數(shù)門(mén)的輸出結(jié)果為1，則傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤需要翻轉(zhuǎn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)位；如果大數(shù)門(mén)的輸出結(jié)果為0，則傳輸數(shù)據(jù)正確，保持不變。

一個(gè)ECC編碼的故障保護(hù)能力是由其校正子(syndrome)S_i構(gòu)成的探測(cè)器電路決定的。校正子探測(cè)電路可以探測(cè)編碼器、譯碼器和自身電路輸出的信息位是否正確，如果譯碼正確則校正子為0，如果譯碼中出現(xiàn)錯(cuò)誤則校正子不為0。對(duì)于一個(gè)字長(zhǎng)為n的EG-LDPC碼，它會(huì)產(chǎn)生n個(gè)校正子，用以產(chǎn)生探測(cè)信號(hào)并反饋回存儲(chǔ)器，如果在編碼器、譯碼器或探測(cè)器中出現(xiàn)無(wú)法修正的錯(cuò)誤，則中斷并重新發(fā)送出現(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，從而使存儲(chǔ)器具有了故障保護(hù)能力，修正方案如圖1所示。

但是，并不是所有的ECC編碼都具有故障保護(hù)能力。設(shè)J為ECC碼的最小距離(minimum?distance)，則ECC該的最大糾錯(cuò)能力E為(J-1)/2，最大探測(cè)能力D為J-1，錯(cuò)誤圖樣的重量(weight)滿足0＜e≤J-1。在編碼器、譯碼器和校正電路中發(fā)生的錯(cuò)誤分別用E_e、E_d和E_s標(biāo)記，存儲(chǔ)陣列中的錯(cuò)誤為E_m。對(duì)于普通ECC碼需要滿足E_m≤E且E_e＝E_d＝0，而對(duì)于具有故障保護(hù)能力的ECC碼則需滿足E_e+E_m≤E且E_e+E_m+E_d+E_s≤D。假定故障保護(hù)ECC中錯(cuò)誤圖樣重量為E_e+E_m+E_d＝e，則校正子電路在可檢測(cè)范圍內(nèi)發(fā)生錯(cuò)誤的重量應(yīng)滿足E_s≤J-1-e。要保證校正子電路中每個(gè)錯(cuò)誤只影響一個(gè)校正子位，實(shí)現(xiàn)對(duì)校正子電路自身出現(xiàn)錯(cuò)誤的探測(cè)，此時(shí)校正子的重量至少需要為J-e。目前已經(jīng)證明EG-LDPC碼的校正子重量可以滿足大于J-e，因此具備故障保護(hù)的能力。

由于EG-LDPC碼需要較多的冗余位存放編碼信息，而存儲(chǔ)單元又占據(jù)了整個(gè)存儲(chǔ)器的絕大部分面積，因此EG-LDPC碼的故障保護(hù)方案會(huì)帶來(lái)龐大的面積開(kāi)銷，增加了芯片的成本。此外，某些碼段的EG-LDPC需要多步大數(shù)邏輯實(shí)現(xiàn)譯碼，從而帶來(lái)過(guò)大的延遲開(kāi)銷，并不適合一些高速存儲(chǔ)器的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明未解決現(xiàn)有存儲(chǔ)陣列中出現(xiàn)的多位翻轉(zhuǎn)又可以抑制編碼器、譯碼器等組合電路中出現(xiàn)的單粒子瞬態(tài)效應(yīng)，及現(xiàn)有EG-LDPC碼因需要較多的冗余位存放編碼信息而帶來(lái)龐大的面積開(kāi)銷，增加芯片成本的問(wèn)題；而提出了一種抗輻射故障保護(hù)型存儲(chǔ)裝置及其抗輻射故障保護(hù)方法。