【摘要】：隨著工藝尺寸的降低,一塊芯片上晶體管的數(shù)目也越來越多,多位錯誤翻轉(zhuǎn)(Multiple Bits Upsets, MBUs)在電子器件中發(fā)生的概率也越來越高。這些電子器件中包含了大量的存儲器單元和加法器、乘法器等組合電路,這些電路都很容易受到MBUs的影響,但是,存儲器單元的的結(jié)構(gòu)使得它對于MBUs更加敏感,因此,有必要采用一定的方法來降低MBUs對于存儲單元的影響,提高電子器件的可靠性。 糾錯碼(Error Correction Codes)是一種非常有效的在系統(tǒng)級糾正多位錯誤的方法。與其他設(shè)計層次(器件級、電路級、版圖級)的方法相比,糾錯碼可以很好的和工藝兼容,操作靈活,可執(zhí)行性強,成本較低,電路上也易于實現(xiàn)。漢明碼是一種應(yīng)用比較廣泛的糾錯碼,它可以用比較小的面積和功耗糾正一位錯誤。但是,隨著晶體管尺寸的減小,以及環(huán)境中的噪聲和其他粒子的影響,多位錯誤的發(fā)生概率越來越高,漢明碼的糾錯能力有限,不能提供足夠的可靠性,因此,有必要采用多位錯誤糾錯碼。 本文采用基于分組的、能夠糾正多位錯誤的RS碼來加固SRAM以降低MBUs對存儲器的影響。然而,在RS碼的編碼和譯碼過程中經(jīng)常使用乘法算法。通常采用查找表的方法來實現(xiàn)乘法運算,這樣會帶來比較大的面積和功耗的開銷,同時增加了電路的復(fù)雜性。本文提出了一種新型的低開銷的乘法矩陣來完成乘法算法并把該矩陣應(yīng)用在RS碼的編碼和譯碼過程中,仿真結(jié)果顯示采用了該算法后面積減小了13%,功耗降低了12%。此外,構(gòu)造矩陣M的通用算法也在本文中進行了詳細的推導(dǎo)。在RS碼的譯碼過程中考慮到了錯誤的發(fā)生類型并且采用了新型的并行譯碼算法,使得譯碼操作能夠在一個時鐘周期內(nèi)完成而且更加適合硬件電路的實現(xiàn)。 最后,采用Verilog HDL語言實現(xiàn)了編碼器和譯碼器的RTL級的建模與仿真,通過一系列的仿真實驗對SRAM的糾錯能力進行了評估。從實驗結(jié)果可以看出,與其他的糾錯碼相比,RS碼可以用比較小的面積和功耗完成多位錯誤的糾正,同時電路性能和可靠性參數(shù)也比較高。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TN911.22;TP333
【圖文】：

括軟錯誤(soft error)和硬錯誤(hard error)[1]。軟錯誤是由于環(huán)境中的噪聲或宙射線中的高能粒子撞擊引起的瞬態(tài)錯誤，是一種可以糾正的錯誤。與之的是硬錯誤(hard error),制造過程中的工藝缺陷和單粒子閂鎖效應(yīng)會導(dǎo)致錯誤的發(fā)生，它是一種不可逆的錯誤，會對器件造成永久的損傷。研究，集成電路中 80-90%的故障是由于瞬態(tài)錯誤引起的[2],這表明軟錯誤是引件失效的主要原因。在當(dāng)代的微處理器中，存儲器占據(jù)的面積為 30%， SOC(System on Chip)系統(tǒng)中，存儲器占據(jù)的面積已經(jīng)超過了 60%[3]，，與其他電路結(jié)構(gòu)相比，存儲器更容易受到軟錯誤的影響，是引起可靠性的主要來源,因此有必要采用一定的方法降低軟錯誤對于存儲器的影響。存儲器中的基本存儲單元是一個雙穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器結(jié)構(gòu)，在存儲器中經(jīng)用的觸發(fā)器結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示，這種結(jié)構(gòu)使得存儲器更容易受到軟錯誤的。存儲數(shù)據(jù)的節(jié)點 A 和 B 為敏感節(jié)點，如圖 1-1 所示，A、B 兩點的數(shù)據(jù)為“1”和“0”。當(dāng)一個帶電粒子撞擊節(jié)點 A 和 B 時，處于關(guān)斷狀態(tài)的晶2n 的漏端會產(chǎn)生一個瞬態(tài)的電流脈沖，使得晶體管導(dǎo)通，這種效應(yīng)會使點 A、B 的數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)為“0”和“1”，存儲的數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤的翻轉(zhuǎn)。

同電極的單元收集，若同時有兩個或兩個以上單元的敏感電空穴對，就會導(dǎo)致 MBUs 的發(fā)生[17]；質(zhì)子導(dǎo)致 MBUs 發(fā)生所不同，由于質(zhì)子本身的線性能量傳輸值(Linear energy，它不會直接產(chǎn)生 MBUs，但是，由于質(zhì)子會與原子的原產(chǎn)生反沖核和α 粒子，這種粒子會使得兩個或兩個以上的單 MBUs 的發(fā)生[18]；中子和質(zhì)子一樣由于其 LET 值比較小，概率比較小，但是，中子具有很強的穿透能力，而且它與互作用很小，不會使原子損失能量[19]。粒子撞擊硅原子時，會失去自身的能量，并產(chǎn)生大量的電子區(qū)域留下電離痕跡，如圖 1-2(a)所示。當(dāng)原子和中子穿過半核反應(yīng)，如圖 1-2(b)所示，這也會導(dǎo)致離子化的發(fā)生。當(dāng)離累到一定程度時，就會改變電荷的狀態(tài)，導(dǎo)致軟錯誤的發(fā)子源所引起的軟錯誤稱為單粒子翻轉(zhuǎn)(SEUs)[20],當(dāng)一次 SE儲單元的數(shù)據(jù)位發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，也會導(dǎo)致 MBUs 的發(fā)生，本采用一定的加固方法提高 SRAM 克服由于 SEUs 引起的 M

圖 1-3 存儲器的組織結(jié)構(gòu)和 MBUs 的類型[21]通常，存儲器的一行有多個基本字，通過行、列譯碼器譯碼后，就可以儲器中對應(yīng)存儲單元的字進行讀寫操作。當(dāng)有高能粒子撞擊存儲陣列時，發(fā)生圖 1-3 的 4 種類型的 MBUs。高能粒子以大角度掠射、連續(xù)穿過多個單元就會導(dǎo)致類型 1 和類型 4 的 MBUs，類型 2 和類型 3 的 MBUs 是由個高能粒子垂直或傾角入射，產(chǎn)生的電荷被多個位分享[21, 22]。在通常RAM 型存儲器中，同一字都分布在同一行，因此，圖 1-3 中的類型 2、類 和類型 4 的 MBUs 是存儲器中的發(fā)生的主要錯誤類型。文獻[16]的研究認為，MBUs 主要集中在 4 位以內(nèi)，并且分別對引起 2、4 位的 MBUs 的錯誤圖樣進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計的樣本為 1000，統(tǒng)計得到的圖樣和數(shù)目如表 1-1 所示。表 1-1 存儲器中 MBUs 的錯誤圖樣和數(shù)目[21]

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本文編號：2771715