[發明專利]高可靠性多核處理系統

在審

• 申請號: 201510955823.4
• 申請日: 2015-12-18
• 公開（公告）號: CN105607974A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 張犁;李娟偉;殷贊;李甫;石光明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F11/20
• 分類號: G06F11/20
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 韋全生;王品華

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，涉及一種高可靠性的多核處理系統，可用于 數字信號處理等領域。

背景技術

隨著科技的不斷發展，單核處理系統由于其數據處理能力有限，處理性能低 下，已經越來越無法滿足人們的需求，而且單核系統在工作過程中若出現故障， 整個系統就會出錯，所以設計人員尋求將多個單核集合到一起工作，這樣就逐漸 出現了多核處理系統，多核處理系統可以實現數據級或任務級的并行，處理數據 能力強。

多核處理系統在性能提高的同時，其電路結構越來越復雜，構成電路所需的 資源越來越多，這使得多核系統在各種外部干擾和內部噪聲的條件下容易出現故 障，影響了其運行的可靠性，為了解決這個問題，科研人員提出了多種不同的方 案，例如從工藝角度考慮，使用可靠性更高的絕緣襯底上硅工藝，這種工藝具有 寄生電容小、短溝道效應小、速度高、集成度高的優點，但需要改變生產工藝和 設計流程，復雜度高，從電路角度考慮，常用的有三模冗余技術，它的基本思想 是三個完全相同的模塊同時執行相同的操作，然后在輸出端口增加一個多數表決 器對結果進行選擇以達到容錯的目的，在實際應用中，不同模塊同時發生故障的 概率是比較低的，這樣就通過硬件冗余的思想使得系統可靠性得到提升。

在基于三模冗余的多核處理系統中，原來的每個處理內核均由三個完全相同 的處理內核和一個多數表決器代替，提高了系統的可靠性，但由于所使用的處理 內核的數量多，且需要設置多個多數表決器，造成整個系統的資源開銷增大，同 時功耗也相應增大，而且由于表決器沒有自檢錯和糾錯性能，會對整個系統的可 靠性造成影響。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的不足，提出一種高可靠性多核處 理系統，用于解決現有多核處理系統可靠性不夠高及資源消耗大的技術問題。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種高可靠性多核處理系統，包括N個數據存儲單元、N個程序存儲單元、 N個處理內核和連接網絡，其中：數據存儲單元用于接收、存儲和輸出待處理的 數據，程序存儲單元用于存儲和輸出系統運行所需的二進制機器碼，處理內核用 于讀取程序存儲單元輸出的二進制機器碼并對數據存儲單元輸出的數據進行處 理；連接網絡用于實現處理內核之間的通信和數據交換；每個數據存儲單元的輸 入端設置有糾錯編碼單元，其輸出端設置有糾錯解碼單元，用于檢測并糾正錯碼； 每個程序存儲單元的輸出端設置有糾錯解碼單元，用于對程序存儲單元輸出的經 過預編碼的二進制機器碼進行檢測并糾正錯碼；每個處理內核中設置有內建自測 試電路，用于檢測處理內核是否有故障；每個數據存儲單元和程序存儲單元的輸 出端均通過第一切換控制電路1與n個冗余內核相連，其中n≤N，冗余內核用 于替換待檢測處理內核和故障內核；處理內核和冗余內核通過第二切換控制電路 2與連接網絡連接。

上述高可靠性多核處理系統，糾錯編碼單元和糾錯解碼單元采用漢明碼結 構。

上述高可靠性多核處理系統，內建自測試電路包括測試向量產生單元、測試 響應分析單元、比較單元、特征字ROM和內建自測試控制單元；其中，測試向 量產生單元用于產生處理內核所需的測試向量；測試響應分析單元用于將處理內 核產生的測試結果壓縮為實際特征符號；比較單元用于比較實際特征符號和理想 特征符號是否相同以得出電路是否故障；特征字ROM用于存儲理想特征符號； 內建自測試控制單元用于控制測試向量產生單元、測試響應分析單元、比較單元 和特征字ROM的運行。

上述高可靠性多核處理系統，冗余內核與處理內核結構相同，用于替換待檢 測處理內核和故障內核。

上述高可靠性多核處理系統，第一切換控制電路1和第二切換控制電路2， 通過切換控制器對冗余內核和處理內核進行切換。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：