[發明專利]一種單粒子多位錯自主修復三冗余流水線及設計方法

有效

• 申請號: 201811035348.9
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109271282B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 覃輝;于立新;彭和平;莊偉;宋立國;楊雪
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術研究所
• 主分類號: G06F11/14
• 分類號: G06F11/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

一種單粒子多位錯自主修復三冗余流水線設計方法，采用三條流水線并行處理相同的指令流；在三條流水線的每一級后均設有表決仲裁邏輯電路和錯誤糾正控制邏輯電路；所述三條流水線的每一級后的表決仲裁邏輯電路用于對三條流水線在該級輸出的數據進行判斷，然后輸出判斷結果給錯誤糾正控制邏輯電路；所述錯誤糾正控制邏輯電路根據表決仲裁邏輯電路的判斷結果，對可能存在的數據錯誤進行糾正。該方法提高了流水線可靠性又兼顧了流水級間延遲性能要求。

技術領域

本發明涉及一種單粒子多位錯自主修復三冗余流水線設計方法，屬于微電子加固設計領域。

背景技術

當前，集成電路技術已經全面進入納米時代，宇航用處理器已采用納米級工藝進行研制。納米工藝下，單粒子效應愈加嚴重，尤其是單粒子翻轉和單粒子瞬態引發處理器單位錯誤和多位錯誤的問題越發突出。流水線作為高性能處理器的重要組成部分，用來完成指令流的執行并將執行結果寫入數據緩存或寄存器堆，其內部包含大量寄存器和組合邏輯，是處理器最為敏感部分，最易受到單粒子效應的影響。若流水線受到單粒子效應的影響發生單位錯誤、多位錯誤，造成流水線執行結果錯誤，則會導致處理器工作異常。現有技術中三模冗余寄存器方法僅能夠解決單粒子效應引發的單位數據翻轉錯誤問題，但對單粒子多位數據翻轉錯誤問題無法應對；而簡單采用流水線備份方法對多位錯發生在多條流水線的不同流水級的情況無效。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種單粒子多位錯自主修復三冗余流水線設計方法，該方法對流水的每一級進行三模冗余容錯，同時自主糾正這一級錯誤的流水線，既解決了單一流水線發生多位錯誤的問題，又解決了多條流水線的不同流水級發生多位錯誤的問題，即提高了流水線可靠性又兼顧了流水級間延遲性能要求。

本發明目的通過以下技術方案予以實現：

一種單粒子多位錯自主修復三冗余流水線設計方法，采用三條流水線并行處理相同的指令流；在三條流水線的每一級后均設有表決仲裁邏輯電路和錯誤糾正控制邏輯電路；

所述三條流水線的每一級后的表決仲裁邏輯電路用于對三條流水線在該級輸出的數據進行判斷，然后輸出判斷結果給錯誤糾正控制邏輯電路；

所述錯誤糾正控制邏輯電路根據表決仲裁邏輯電路的判斷結果，對可能存在的錯誤數據進行糾正。

上述單粒子多位錯自主修復三冗余流水線設計方法，當三條流水線在某一級輸出的數據存在錯誤時，所述表決仲裁邏輯電路采用三判二的方法確定三條流水線在該級輸出的正確數據，然后判斷出現錯誤的流水線的編號，并將所述三條流水線在該級輸出的正確數據和出現錯誤的流水線的編號輸出給錯誤糾正控制邏輯電路。

上述單粒子多位錯自主修復三冗余流水線設計方法，當空間的單粒子環境造成流水線的單粒子翻轉閾值超過37MeV·cm²/mg時，所述表決仲裁邏輯電路采用如下方法確定三條流水線在該級輸出的正確數據：

基于地面模擬實驗裝置對三條流水線的任意一級輸出進行測試，獲取單粒子環境下三條流水線分別在任意一級的可靠性指標，對于三條流水線任意相同的一級，采用可靠性指標最高的流水線在該級的輸出數據作為三條流水線在該級輸出的正確數據，然后判斷出現錯誤的流水線的編號，并將所述三條流水線在該級輸出的正確數據和出現錯誤的流水線的編號輸出給錯誤糾正控制邏輯電路。

上述單粒子多位錯自主修復三冗余流水線設計方法，所述錯誤糾正控制邏輯電路根據三條流水線在該級輸出的正確數據和出現錯誤的流水線的編號，糾正出現錯誤的流水線在該級輸出的數據。

上述單粒子多位錯自主修復三冗余流水線設計方法，所述三條流水線的結構相同。

一種單粒子多位錯自主修復三冗余流水線，包括三條并行處理相同指令流的流水線、表決仲裁邏輯電路和錯誤糾正控制邏輯電路；所述三條流水線的每一級后均設有一個表決仲裁邏輯電路和一個錯誤糾正控制邏輯電路；