[發(fā)明專利]基于Zynq-7000的片上存儲器抗單粒子翻轉防護方法

有效

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• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107291570B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 彭喜元;沈露;崔秀海;彭宇;王少軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G06F11/07
• 分類號: G06F11/07;G06F11/20
• 代理公司: 11340 北京天奇智新知識產(chǎn)權代理有限公司
• 代理人: 陳新勝

本發(fā)明涉及一種基于Zynq?7000的片上存儲器抗單粒子翻轉防護方法，應用于Zynq?7000SoC在空間環(huán)境下的存儲器容錯設計中，其目的是為了解決空間環(huán)境中單粒子翻轉對Zynq?7000芯片內(nèi)部片上存儲器的數(shù)據(jù)可靠性的影響，保障Zynq?7000芯片內(nèi)部雙核處理器之間的正確通信。本發(fā)明結合Zynq?7000芯片的資源特性，采用軟件EDAC方法實現(xiàn)雙核處理器與片上存儲器之間通信的數(shù)據(jù)加固操作，采用軟件中斷方式實現(xiàn)單位錯誤和雙位錯誤的狀態(tài)標記以及單位錯的雙核同步回寫操作，在ARM處理器中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的糾一檢二和數(shù)據(jù)回寫功能，從而提高Zynq?7000內(nèi)片上存儲器抗單粒子翻轉能力，為Zynq?7000SoC內(nèi)雙核處理器之間進行數(shù)據(jù)通信的可靠性提供一種重要手段。

技術領域

本發(fā)明涉及軟件方法領域，具體應用于星載系統(tǒng)中，具體是一種基于Zynq-7000的片上存儲器抗單粒子翻轉防護方法。

背景技術

近年來，商用器件(Commercial-off-the-shelf,COTS)因成本低、性能高、不受國外進口限制等特點被越來越多地應用于航天領域中。其中，Xilinx公司的Zynq-7000系列器件將雙核ARM處理器與可編程邏輯、硬IP外設緊密集成，其靈活性和可配置性的完美結合受到小衛(wèi)星領域的廣泛關注，逐步應用于航天領域的工程實踐中。

Zynq-7000SoC PS部分內(nèi)的雙核ARM Cortex-A9處理器可采用非對稱多處理(Asymmetric Multi-core Processor,AMP)機制以并行或冗余的方式執(zhí)行不同的任務，使系統(tǒng)性能實現(xiàn)最大化。Zynq-7000SoC PS部分內(nèi)的片上存儲器(On-Chip Memory,OCM)包含256KB的RAM存儲空間，具有較高的訪問吞吐量，是Zynq-7000SoC片內(nèi)雙核處理器之間進行數(shù)據(jù)交互和資源共享的重要資源媒介。但Zynq-7000作為COTS器件其抗輻射能力較低，其片上存儲器很容易受到對RAM敏感的單粒子翻轉的影響，造成存儲器數(shù)據(jù)狀態(tài)的改變，導致雙核處理器通信的失效，甚至導致星載系統(tǒng)指令或數(shù)據(jù)的失效，引發(fā)系統(tǒng)崩潰。

在星載系統(tǒng)的設計中，不僅要滿足星載系統(tǒng)基本的功能需求，更要考慮星載系統(tǒng)的高可靠性要求。目前，針對單粒子翻轉進行存儲器加固的常用方法是硬件EDAC電路，主要包括處理器自帶EDAC電路和用FPGA實現(xiàn)EDAC電路兩類。其中，處理器自帶EDAC電路通常由芯片的安全等級決定，如宇航級芯片，而Zynq-7000內(nèi)的片上存儲器僅具有奇偶校驗功能，不具備糾錯能力，不滿足星載系統(tǒng)抗單粒子翻轉的需求；用FPGA實現(xiàn)EDAC電路具有設計靈活、可配置的特點，但SRAM型FPGA作為易失性存儲，其自身可靠性存在問題，且最重要的是雙核處理器與片上存儲器已集成在同一芯片中，無法通過外加硬件EDAC電路實現(xiàn)存儲器的加固。

發(fā)明內(nèi)容

為解決傳統(tǒng)硬件EDAC在Zynq-7000內(nèi)片上存儲器OCM加固的局限性，本發(fā)明提供了一種基于Zynq-7000的片上存儲器抗單粒子翻轉軟件防護設計方法，利用Zynq-7000內(nèi)雙核ARM處理器和軟件生成中斷(Software Generate Interrupt,SGI)的資源特性，采用軟件EDAC方法實現(xiàn)OCM的數(shù)據(jù)容錯，保障雙核通信的可靠性。

一種基于Zynq-7000的片上存儲器抗單粒子翻轉防護方法，CPU0或CPU1中的原始數(shù)據(jù)通過軟件EDAC模塊進行編碼操作，寫入到OCM中；OCM中的Hsiao碼數(shù)據(jù)通過軟件EDAC模塊進行解碼操作，被CPU0或CPU1讀取；當數(shù)據(jù)讀取檢測到單位錯或雙位錯時，SGI產(chǎn)生軟件中斷進行雙核同步數(shù)據(jù)回寫或通知CPU0和CPU1進行處理，其特征在于：

A、關鍵變量定義及初始化：將需存儲在OCM且待加固的變量作為關鍵變量，定義關鍵變量的位寬，指定關鍵變量在OCM中的存儲地址，初始化關鍵變量，并對SGI進行使能；