[發明專利]基于檢查點技術的雙冗余流水線及容錯方法

有效

• 申請號: 201710544258.1
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107168827B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 張偉功;王晶;申嬌;尚媛園;朱曉燕
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: G06F11/14
• 分類號: G06F11/14;G06F9/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于檢查點技術的雙冗余流水線，其特征在于：所述基于檢查點技術的雙冗余流水線包括流水線A、流水線B、指令緩存(301)、備份寄存器組(401)、比較邏輯(501)、寫緩沖(601)、數據緩存(701)和寄存器堆(801)；所述流水線A包括取指段(101)、譯碼段(102)、執行段(103)、訪存段(104)、寫回段(105)五個流水段；所述流水線B包括取指段(201)、譯碼段(202)、執行段(203)、訪存段(204)、寫回段(205)五個流水段；數據緩存(701)和寄存器堆(801)由流水線A和流水線B共享，正常情況下，執行指令流時默認寫入流水線A的執行結果；所述指令緩存(301)用于存儲流水線執行的代碼，與流水線A中取指段(101)進行數據交互，流水線A取出指令后分發給兩條流水線執行；所述備份寄存器組(401)以周期粒度對流水線A的級間寄存器進行備份，一旦比較邏輯(501)檢測出單粒子故障，將備份的內容恢復到流水線A和流水線B的級間寄存器中，2個周期后流水線正常執行；所述比較邏輯(501)設置在流水線A與流水線B之間，對比兩條流水線的級間寄存器內容，檢測單粒子故障；所述寫緩沖(601)設置在數據緩存(701)和寄存器堆(801)的入口，用于暫存流水線給出的更新數據；所述數據緩存(701)用于存儲流水線輸出的數據，并向流水線提供運算操作數；所述寄存器堆(801)用于存儲流水線輸出的數據，并向流水線提供運算操作數；所述數據緩存(701)入口設置1個寫緩沖(601)，用于緩存流水線A訪存段(104)用于更新數據緩存(701)的信息；所述寄存器堆(801)入口設置2個寫緩沖(601)，用于緩存流水線A寫回段(105)和流水線B寫回段(205)用于更新寄存器堆(801)的信息；所述比較邏輯(501)的數量為6個，其中5個分別設置在兩條流水線各個流水段之間，用于對比級間寄存器信息，檢測單粒子故障，1個用于對比寫緩沖(601)中兩條流水線用于更新寄存器堆(801)的信息，檢測流水線單元寫回段發生的SET故障。

2.一種基于檢查點技術的雙冗余流水線的容錯方法，其特征在于：該容錯方法用于基于檢查點技術的雙冗余流水線；所述基于檢查點技術的雙冗余流水線包括流水線A、流水線B、指令緩存(301)、備份寄存器組(401)、比較邏輯(501)、寫緩沖(601)、數據緩存(701)和寄存器堆(801)；所述容錯方法采用如下步驟和方法對單粒子導致的SET、SEU、MBU故障進行容錯:

(1)取指段，將流水線A取指段(101)的級間寄存器內容存儲到備份寄存器組(401)；流水線A的取指段(101)給出指令地址，從指令緩存(301)中取出指令分發給兩條流水線執行；比較邏輯(501)對比兩條流水線的級間寄存器信息，如果比較結果相同，說明流水線單元的取指段沒有被單粒子轟擊，流水線繼續向下執行，如果比較結果不同，說明一條流水線的取指段的級間寄存器發生SEU/MBU故障，給出流水線取指段的錯誤信號；

(2)譯碼段，將流水線A譯碼段(102)的級間寄存器內容存儲到備份寄存器組(401)；流水線A的譯碼段(102)讀地址信息，判斷操作數是否存在寫緩沖(601)中，如果存在，則從寫緩沖(601)中取出操作數并分發給兩條流水線操作，否則，從寄存器堆(801)中取出操作數分發給兩條流水線操作；比較邏輯(501)對比兩條流水線的譯碼段級間寄存器信息，如果比較結果相同，說明流水線單元的譯碼段沒有被單粒子轟擊，流水線繼續向下執行，如果比較結果不同，說明一條流水線的取指段的功能邏輯發生SET故障，或者譯碼段的級間寄存器發生SEU/MBU故障，給出流水線譯碼段的錯誤信號；

(3)執行段，將流水線A執行段(103)的級間寄存器內容存儲到備份寄存器組(401)；流水線A的執行段(103)讀地址信息，判斷操作數是否存在寫緩沖(601)中，如果存在，則從寫緩沖(601)中取出操作數并分發給兩條流水線操作，否則，從數據緩存(701)中取出操作數分發給兩條流水線操作；比較邏輯(501)對比兩條流水線的級間寄存器信息，如果比較結果相同，說明流水線單元的執行段沒有被單粒子轟擊，流水線繼續向下執行，如果比較結果不同，說明某條流水線的譯碼段的功能邏輯發生SET故障，或者執行段的級間寄存器發生SEU/MBU故障，給出流水線執行段的錯誤信號；

(4)訪存段，將流水線A訪存段(104)的級間寄存器內容存儲到備份寄存器組(401)；流水線A的訪存段(104)給出與數據緩存(701)的寫交互信息，并將其更新到寫緩沖(601)；比較邏輯(501)對比兩條流水線的級間寄存器信息，如果比較結果相同，說明流水線單元的訪存段沒有被單粒子轟擊，流水線繼續向下執行，如果比較結果不同，說明某條流水線的執行段的功能邏輯發生SET故障，或者訪存段的級間寄存器發生SEU/MBU故障，給出流水線訪存段的錯誤信號；

(5)寫回段，將流水線A寫回段(105)的級間寄存器內容存儲到備份寄存器組(401)；流水線A的寫回段(105)和流水線B的寫回段(205)給出與寄存器堆(801)的寫交互信息，并將其更新到寫緩沖(601)；比較邏輯(501)對比兩條流水線的級間寄存器信息，如果比較結果相同，說明流水線單元的寫回段沒有被單粒子轟擊，流水線繼續向下執行，如果比較結果不同，說明某條流水線的訪存段的功能邏輯發生SET故障，或者寫回段的級間寄存器發生SEU/MBU故障，給出流水線寫回段的錯誤信號；

(6)比較邏輯(501)對比步驟(5)中兩條流水線存入寫緩沖(601)中的信息，如果比較結果相同，說明流水線單元沒有被單粒子轟擊，如果比較結果不同，則說明寫回段的功能邏輯發生SET故障，給出錯誤信號；

(7)將步驟(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)中錯誤信號進行或操作，生成恢復信號，如果恢復信號有效，作廢當前周期流水線單元所有操作，并將備份寄存器組(401)中的內容恢復到兩條流水線對應的級間寄存器中，同時清空寫緩沖(601)的信息，禁止更新數據緩存(701)和寄存器堆(801)，流水線重新執行發生故障的操作。