[發明專利]一種多核處理器可配置雙模冗余結構

有效

• 申請號: 201911371031.7
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111190774B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 宋立國;于立新;彭和平;莊偉;覃輝;亓洪亮;王興友;蘇天紅;飛海東;張世遠;秦智勇;楊雪;任艷慧;劉亞麗
• 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: G06F11/16
• 分類號: G06F11/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

一種多核處理器可配置雙模冗余結構，包括：微處理器、第一接口單元、第一路由單元、第二接口單元、第二路由單元、片上共享存儲單元；雙模冗余模式的兩個處理器通過輸入數據自動復制、輸出數據自動比較發現錯誤，通過寄存器文件中數據自動比較、寄存器文件中數據自動恢復結構消除錯誤。本發明實現多核處理器中任意兩個處理器都可配置為雙模冗余模式。

技術領域

本發明涉及一種多核處理器可配置雙模冗余結構，屬于多核處理器技術領域。

背景技術

多核處理器目前在體系結構上提高軟錯誤能力的方法主要有：通過冗余流水線對移位后的操作數進行計算，檢測ALU中的瞬態以及永久性錯誤；利用?Berger碼對算術邏輯運算的輸入操作數和輸出結果之間存在的函數映射關系檢測ALU中的錯誤；利用看門狗(Watchdog)技術用來對地址和數據總線進行監視；利用ECC校驗碼技術對于片內存儲器、Cache、寄存器文件等單元進行軟錯誤檢測與糾正；軟錯誤檢測執行模型CRT，通過比較冗余線程的輸出，檢測軟錯誤。

目前已有方法需要增加專門的硬件資源，而且對錯誤的觀察能力有限，如：冗余流水線和Berger碼僅能夠檢測ALU中錯誤；看門狗通過固定時間的查詢來判斷程序是否跑飛，不能及時發現錯誤；ECC校驗碼糾檢錯能力是有限的，且編解碼電路對存儲器的讀寫性能有較大的影響。多核微處理器的容軟錯誤執行模型CRT中，在靈活性、性能、可恢復性方面存在不足：

首先在靈活性方面，目前的多核處理器容錯結構僅能實現相鄰微處理器間單向數據傳遞和比較，當指定一個微處理器核為主微處理器后，與之對應的雙模冗余功能的從微處理器也就唯一確定了，反之亦然，無法實現任意兩個微處理器核的雙模冗余，缺乏靈活性，嚴重限制了該模型的可擴展性；

其次在性能方面，目前結構中，需要在每條指令執行之后，直接比較每個處理器中寄存器中的數據，數據量大，導致由于運算結果不能及時比較而產生的流水線阻塞，降低執行模型的性能，尤其不適合處理器核為多發射的多核處理器；并且大量的數據傳遞和比較，也會增加芯片動態功耗。

再次在可恢復性方面，缺乏硬件實現的現場保存與恢復功能，需要軟件輔助完成兩種功能：1)備份運行環境；2)檢測到軟錯誤后，恢復到前面正確的運行環境。由于需要軟件的過多參與，降低多核處理器的容軟錯誤能力和整體性能。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出了一種多核處理器可配置雙模冗余結構，解決了多核處理器中任意兩個處理器能夠根據需要隨時配置為雙模冗余模式，而不再是固定的某兩個處理器是雙模冗余模式；降低雙模冗余模式檢測錯誤需要比較的數據量，僅對微處理器輸出數據進行比較，而不是每次指令都比較，降低對主從微處理器讀寫數據帶寬、時序的要求；解決了雙模冗余模式的錯誤恢復功能，從硬件上對微處理器核中寄存器文件的整體備份和恢復，實現硬件現場保存與恢復功能。

本發明的技術方案是：

一種多核處理器可配置雙模冗余結構，包括：微處理器、第一接口單元、第一路由單元、第二接口單元、第二路由單元、片上共享存儲單元；

片上共享存儲單元分別連接有多個第一接口單元，每個第一接口單元分別連接有對應的第一路由單元和微處理器；每個微處理器依次連接有第二接口單元、第二路由單元；

微處理器用于執行指令和處理數據，包括：控制器、算術邏輯單元ALU、寄存器文件、冗余控制寄存器、寄存器文件冗余控制單元；控制器用于發送控制信息；算術邏輯單元ALU用于對數據進行運算；寄存器文件用于存放中間處理結果；冗余控制寄存器用于設置微處理器在雙模冗余模式下作為主微處理器還是作為從微處理器；寄存器文件冗余控制單元用于完成微處理器中寄存器文件的備份和恢復；