[發明專利]一種高可靠低功耗數據一致星載處理器互連結構

有效

• 申請號: 202011529549.1
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112597087B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 侯國偉;陳雷;于立新;莊偉;張梅梅;王瀟瀟;倪瑋琳
• 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: G06F13/40
• 分類號: G06F13/40;G06F1/3234
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

本發明涉及一種高可靠低功耗數據一致星載處理器互連結構，包含了低功耗管理單元、高可靠管理單元及數據一致性管理單元。其中低功耗管理單元通過低數據翻轉算法和多頻率域設計等方法實現互連結構的低功耗設計；高可靠管理單元主要利用總線分離傳輸機制、定時輪詢監測機制和錯誤響應及時處理方法實現數據的可靠傳輸；數據一致性管理單元通過仲裁、請求重分配、監聽過濾和監聽緩存等方式實現互連結構多個主設備之間的數據互通，保證數據的一致。

技術領域

本發明涉及一種互連結構，特別是一種高可靠低功耗數據一致星載處理器互連結構，屬于集成電路總線互連結構設計領域。

背景技術

隨著半導體和集成電路技術的不斷發展，為了保證更高性能和更可靠的數據傳輸，各種總線互連結構被提出。目前國際上主流的總線協議規范，包括IBM的CoreConnect總線、ARM的AMBA總線和Altera的Avalon總線等。

然而隨著應用的不斷擴展，處理器集成了越來越多的主從設備，且主從接口之間的數據訪問復雜度不斷增加，當多個主設備對同一地址空間發起訪問操作時，可能會由于內部緩存的原因訪問數據不一致，導致最終處理結果出錯；為了滿足更高性能和更高帶寬的要求，內部互連結構的數據位寬已經從原來的32位擴展到了64位、128位甚至256位，當連續兩次數據訪問位寬反轉過多時，會造成互連結構功耗開銷的增大；應用場景的不同對數據的可靠性傳輸有很大影響，數據在傳輸過程中可能受到電磁干擾而發生翻轉或者由于其他干擾導致傳輸錯誤。綜上所述，目前單一總線的設計已經無法滿足嵌入式處理器對低功耗和高可靠數據傳輸的要求。

在處理器設計中，需要滿足應用多元化帶來的對互連結構性能、功耗和可靠性的要求，同時隨著互連結構設備間通信的復雜度提升，還涉及到數據一致性等問題。所以有必要在高可靠低延遲互連結構設計方面進行改進，提高數據傳輸的可靠性，降低傳輸功耗，同時兼顧傳輸性能和數據一致性要求。

發明內容

本發明的技術解決的問題是：克服現有互連結構的不足，提出一種高可靠低功耗數據一致星載處理器互連結構，通過多時鐘門控、低數據翻轉等方法減小傳輸功耗；引入總線分離傳輸、定時輪詢檢測和錯誤及時響應處理方法提高數據傳輸可靠性；利用仲裁、請求重分配、監聽過濾和監聽緩存等技術，保證互連結構數據傳輸的一致性，同時兼顧了傳輸性能要求。

本發明的技術解決方案是：

一種高可靠低功耗數據一致星載處理器互連結構，包括低功耗管理單元、高可靠管理單元和數據一致性管理單元；

數據一致性管理單元：監聽多個設備的數據傳輸并進行緩存，保證多個設備間數據一致；

低功耗管理單元：進行互連結構時鐘和功耗管理；

高可靠管理單元：用來實時處理數據傳輸錯誤并防止總線死鎖。

高可靠管理單元利用總線分離傳輸機制、錯誤及時檢測處理方法和定時輪詢監測機制進行數據傳輸，保證了數據的高可靠性。

所述錯誤及時檢測處理方法按如下方式實現：

在總線結構中增加校驗檢錯機制，使數據在傳輸時增加一位校驗位；

當數據離開總線時，首先進行解碼校驗，如果校驗結果正確則繼續傳輸，如果校驗結果不正確，則向前一級傳輸反饋重傳請求，從而保證數據傳輸錯誤被及時處理，避免錯誤傳遞而導致無法糾正和檢測的錯誤發生。

所述總線分離傳輸機制實現方式如下：

當互連結構中的某個總線橋接收到主設備的數據傳輸請求后，發現本次數據傳輸需要使用的總線與其他傳輸使用的總線存在互鎖，則會向主設備發送分離請求信號，保留主設備請求但暫時釋放本次數據傳輸占用的總線，使與該總線橋互鎖的另一個總線橋能夠獲得該總線的使用權，待另一個總線橋完成數據傳輸釋放總線后，當前總線橋完成主設備的數據傳輸，解決總線死鎖問題。