本文關(guān)鍵詞：SPARC微處理器在線故障檢測技術(shù)

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【摘要】：空間環(huán)境中存在大量的高能粒子,這些高能粒子使工作在太空中的處理器遭受各種輻射效應(yīng),影響其功能,甚至會燒毀器件,造成空間設(shè)備的某些功能模塊失效,帶來不可預(yù)計的后果。航天應(yīng)用的處理器架構(gòu)有兩種,一種是美國使用的POWERPC,另一種是歐洲主導(dǎo)的SPRAC架構(gòu),由于中國與美國的戰(zhàn)略關(guān)系,國內(nèi)研制星載處理器的單位多采用具有開源優(yōu)勢的SPRAC架構(gòu),所以研究SPARC微處理器在線故障檢測技術(shù),提高其可靠性,對加速應(yīng)用于航天領(lǐng)域的微處理器研制進程,有效打破國外對我國的航天技術(shù)封鎖,提高我國航天設(shè)備的水平具有重要的理論和實踐意義。論文首先探討了空間輻射效應(yīng)對微處理器的影響,調(diào)研了國內(nèi)外的在線故障檢測技術(shù),討論了基于SPARC體系的LEON3軟核的內(nèi)部結(jié)構(gòu),搭建了基于LEON3的So C系統(tǒng)測試平臺。確定了故障模型,對基準電路LGSynth91使用編碼預(yù)測方式進行在線檢測故障,基于修改VHDL代碼的注入方式進行故障注入,對奇偶碼和分割奇偶編碼兩種編碼的故障檢測率進行了對比,分析結(jié)果表明分割奇偶編碼的檢測率高于奇偶碼。其次修改LEON3軟核源代碼,將整數(shù)單元按照流水線的各階段功能分解成七部分,采用預(yù)測編碼方式分別實現(xiàn)各部分組合電路和時序電路在線故障檢測,通過凍結(jié)流水線方式實現(xiàn)瞬態(tài)故障修復(fù),效果十分明顯,并將在線檢測技術(shù)的So C系統(tǒng)在FPGA開發(fā)板上實現(xiàn)驗證。對寄存器文件、指令Cache以及數(shù)據(jù)Cache采用ECC編碼實現(xiàn)在線加固,當Cache存儲體發(fā)生不可糾正故障時重新從主存中取數(shù)更新Cache進行修復(fù)。最后針對SPARC處理器永久故障的修復(fù)方法進行了研究。搭建基于Micro Blaze的動態(tài)部分修復(fù)系統(tǒng),當SPARC處理器整數(shù)部件流水線的執(zhí)行階段組合電路(ALU等)發(fā)生永久故障后,通過硬件內(nèi)部配置接口HWICAP從CF卡中讀取備份模塊的比特流,進行部分重構(gòu),實現(xiàn)永久故障在線修復(fù)。
【關(guān)鍵詞】：SPARC體系結(jié)構(gòu) LEON3 在線故障檢測 部分重構(gòu)
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V467
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 課題背景及研究目的和意義8-9
• 1.2 空間輻射環(huán)境及對SPARC微處理的影響9-12
• 1.2.1 空間輻射環(huán)境9
• 1.2.2 空間輻射效應(yīng)9-11
• 1.2.3 輻射效應(yīng)對處理器的影響11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析12-16
• 1.3.1 國內(nèi)外微處理器的可靠性研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 國內(nèi)外可靠性技術(shù)的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 1.5 論文結(jié)構(gòu)安排17-18
• 第2章 SPARC微處理器在線故障檢測方案設(shè)計18-38
• 2.1 SPARC V8系統(tǒng)結(jié)構(gòu)18-19
• 2.1.1 SPARC V8處理器18
• 2.1.2 SPARC的寄存器18-19
• 2.2 SPARC V8的實現(xiàn)-LEON3微處理器19-24
• 2.3 LEON3 SoC平臺搭建24-29
• 2.3.1 硬件平臺搭建24-28
• 2.3.2 軟件平臺搭建28-29
• 2.4 故障模型29-30
• 2.4.1 固定型故障29
• 2.4.2 瞬態(tài)故障29-30
• 2.5 分割奇偶編碼在線檢測技術(shù)30-32
• 2.6 故障注入技術(shù)32-36
• 2.6.1 軟件故障注入技術(shù)32
• 2.6.2 硬件故障注入技術(shù)32-33
• 2.6.3 模擬故障注入技術(shù)33-36
• 2.7 故障檢測率36-37
• 2.8 本章小結(jié)37-38
• 第3章 LEON3整數(shù)部件在線故障檢測實現(xiàn)38-55
• 3.1 組合電路SET38-51
• 3.1.1 取指段分析39-43
• 3.1.2 譯碼段分析43-46
• 3.1.3 訪問寄存器文件段46-48
• 3.1.4 執(zhí)行階段48-50
• 3.1.5 流水線其它階段50-51
• 3.2 時序電路SEU在線檢測51-53
• 3.3 加檢測技術(shù)的硬件實現(xiàn)53-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 第4章 Cache系統(tǒng)和寄存器文件在線加固實現(xiàn)55-67
• 4.1 ECC校驗55-56
• 4.2 Cache系統(tǒng)故障檢測實現(xiàn)56-63
• 4.2.1 Cache系統(tǒng)56-60
• 4.2.2 Cache故障檢測及修復(fù)60-63
• 4.3 寄存器文件故障檢測實現(xiàn)63-65
• 4.4 ECC加固硬件成本分析65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第5章 LEON3 ALU動態(tài)部分重構(gòu)技術(shù)67-75
• 5.1 基于SRAM的FPGA結(jié)構(gòu)介紹67-68
• 5.2 Xilinx動態(tài)局部重構(gòu)68-74
• 5.2.1 FPGA重構(gòu)分類68-70
• 5.2.2 LEON3 ALU動態(tài)部分重構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)70-74
• 5.3 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻76-79
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文79-81
• 致謝81

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本文編號：824958