發(fā)布時(shí)間：2020-07-27 10:26

【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(cuò)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(chǔ)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(chǔ)器單元的的結(jié)構(gòu)使得它對(duì)于MBUs更加敏感,因此,有必要采用一定的方法來降低MBUs對(duì)于存儲(chǔ)單元的影響,提高電子器件的可靠性。 糾錯(cuò)碼(Error Correction Codes)是一種非常有效的在系統(tǒng)級(jí)糾正多位錯(cuò)誤的方法。與其他設(shè)計(jì)層次(器件級(jí)、電路級(jí)、版圖級(jí))的方法相比,糾錯(cuò)碼可以很好的和工藝兼容,操作靈活,可執(zhí)行性強(qiáng),成本較低,電路上也易于實(shí)現(xiàn)。漢明碼是一種應(yīng)用比較廣泛的糾錯(cuò)碼,它可以用比較小的面積和功耗糾正一位錯(cuò)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(cuò)誤的發(fā)生概率越來越高,漢明碼的糾錯(cuò)能力有限,不能提供足夠的可靠性,因此,有必要采用多位錯(cuò)誤糾錯(cuò)碼。 本文采用基于分組的、能夠糾正多位錯(cuò)誤的RS碼來加固SRAM以降低MBUs對(duì)存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算,這樣會(huì)帶來比較大的面積和功耗的開銷,同時(shí)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(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)。在RS碼的譯碼過程中考慮到了錯(cuò)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(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成而且更加適合硬件電路的實(shí)現(xiàn)。 最后,采用Verilog HDL語言實(shí)現(xiàn)了編碼器和譯碼器的RTL級(jí)的建模與仿真,通過一系列的仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)SRAM的糾錯(cuò)能力進(jìn)行了評(píng)估。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,與其他的糾錯(cuò)碼相比,RS碼可以用比較小的面積和功耗完成多位錯(cuò)誤的糾正,同時(shí)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TN911.22;TP333
【圖文】：

括軟錯(cuò)誤(soft error)和硬錯(cuò)誤(hard error)[1]。軟錯(cuò)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(cuò)誤，是一種可以糾正的錯(cuò)誤。與之的是硬錯(cuò)誤(hard error),制造過程中的工藝缺陷和單粒子閂鎖效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的發(fā)生，它是一種不可逆的錯(cuò)誤，會(huì)對(duì)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(cuò)誤引起的[2],這表明軟錯(cuò)誤是引件失效的主要原因。在當(dāng)代的微處理器中，存儲(chǔ)器占據(jù)的面積為 30%， SOC(System on Chip)系統(tǒng)中，存儲(chǔ)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(chǔ)器更容易受到軟錯(cuò)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(cuò)誤對(duì)于存儲(chǔ)器的影響。存儲(chǔ)器中的基本存儲(chǔ)單元是一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器結(jié)構(gòu)，在存儲(chǔ)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(chǔ)器更容易受到軟錯(cuò)誤的。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn) A 和 B 為敏感節(jié)點(diǎn)，如圖 1-1 所示，A、B 兩點(diǎn)的數(shù)據(jù)為“1”和“0”。當(dāng)一個(gè)帶電粒子撞擊節(jié)點(diǎn) A 和 B 時(shí)，處于關(guān)斷狀態(tài)的晶2n 的漏端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬態(tài)的電流脈沖，使得晶體管導(dǎo)通，這種效應(yīng)會(huì)使點(diǎn) A、B 的數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)為“0”和“1”，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤的翻轉(zhuǎn)。

同電極的單元收集，若同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上單元的敏感電空穴對(duì)，就會(huì)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(huì)直接產(chǎn)生 MBUs，但是，由于質(zhì)子會(huì)與原子的原產(chǎn)生反沖核和α 粒子，這種粒子會(huì)使得兩個(gè)或兩個(gè)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(qiáng)的穿透能力，而且它與互作用很小，不會(huì)使原子損失能量[19]。粒子撞擊硅原子時(shí)，會(huì)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(huì)導(dǎo)致離子化的發(fā)生。當(dāng)離累到一定程度時(shí)，就會(huì)改變電荷的狀態(tài)，導(dǎo)致軟錯(cuò)誤的發(fā)子源所引起的軟錯(cuò)誤稱為單粒子翻轉(zhuǎn)(SEUs)[20],當(dāng)一次 SE儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)位發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，也會(huì)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(chǔ)器的組織結(jié)構(gòu)和 MBUs 的類型[21]通常，存儲(chǔ)器的一行有多個(gè)基本字，通過行、列譯碼器譯碼后，就可以儲(chǔ)器中對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元的字進(jìn)行讀寫操作。當(dāng)有高能粒子撞擊存儲(chǔ)陣列時(shí)，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(gè)單元就會(huì)導(dǎo)致類型 1 和類型 4 的 MBUs，類型 2 和類型 3 的 MBUs 是由個(gè)高能粒子垂直或傾角入射，產(chǎn)生的電荷被多個(gè)位分享[21, 22]。在通常RAM 型存儲(chǔ)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(chǔ)器中的發(fā)生的主要錯(cuò)誤類型。文獻(xiàn)[16]的研究認(rèn)為，MBUs 主要集中在 4 位以內(nèi)，并且分別對(duì)引起 2、4 位的 MBUs 的錯(cuò)誤圖樣進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)的樣本為 1000，統(tǒng)計(jì)得到的圖樣和數(shù)目如表 1-1 所示。表 1-1 存儲(chǔ)器中 MBUs 的錯(cuò)誤圖樣和數(shù)目[21]

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉新;田勁松;過家春;;“3S”技術(shù)在土地利用變化研究中的應(yīng)用[J];寧夏農(nóng)林科技;2011年07期

2 賈維花;尹永宜;侯彩青;;基于TM影像的曲阜市農(nóng)村居民點(diǎn)空間景觀分析[J];測(cè)繪與空間地理信息;2011年03期

3 張加龍;王欣;;永善縣建設(shè)用地變化模擬與分析[J];地理空間信息;2011年03期

4 張志超;侯立剛;吳武臣;;基于March C+算法的SRAM BIST設(shè)計(jì)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2011年10期

5 王德坤;曹洲;劉海南;楊獻(xiàn);;脈沖激光背照射單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究[J];原子能科學(xué)技術(shù);2011年07期

6 劉瑩;祝善友;;RS與GIS支持下的蘇錫常地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化研究[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年22期

7 李明;余學(xué)峰;盧健;高博;崔江維;周東;許發(fā)月;席善斌;王飛;;PDSOI CMOS SRAM總劑量輻射及退火效應(yīng)的研究[J];核技術(shù);2011年06期

8 趙樂;王子歐;張立軍;;α粒子注入對(duì)SRAM存儲(chǔ)單元的影響研究[J];微電子學(xué);2011年03期

9 朱林;;利用OpenMail系統(tǒng)提供的工具開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)[J];東方企業(yè)文化;2011年06期

10 陳善強(qiáng);師立勤;;基于TCAD和Geant 4的SRAM單粒子效應(yīng)評(píng)估[J];空間科學(xué)學(xué)報(bào);2011年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 馬琪;裘燕鋒;;片上SRAM內(nèi)建自測(cè)試的實(shí)現(xiàn)方法[A];第六屆中國測(cè)試學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

2 邢克飛;何偉;周永彬;楊俊;;SRAM型FPGA單粒子翻轉(zhuǎn)的高效無中斷檢測(cè)與修復(fù)技術(shù)[A];第二屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)電子文集[C];2011年

3 劉客;李振濤;李勇;邢座程;;一種電流模式敏感放大器及其在SRAM的應(yīng)用[A];第15屆全國信息存儲(chǔ)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

4 張峰;阮柏林;張鵬林;;集成新型RS和GIS技術(shù)的土地利用動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)方法研究[A];現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)與地理信息系統(tǒng)科技創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會(huì)論文集[C];2009年

5 司徒文貝;王雪毓;李曉璽;陳玲;;RSⅢ型抗消化淀粉的制備及其結(jié)構(gòu)性能的研究[A];2010年中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程分會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)暨華南地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品加工產(chǎn)學(xué)研研討會(huì)論文摘要集[C];2010年

6 田蓉;曹春香;徐敏;張顥;趙堅(jiān);陳偉;鄭盛;;基于RS的三江源濕地碳儲(chǔ)量估測(cè)研究[A];遙感定量反演算法研討會(huì)摘要集[C];2010年

7 陳靜;張治清;舒沐暉;胡艷;李勝;;基于RS和GIS的重慶市都市區(qū)綠地系統(tǒng)研究[A];第十七屆中國遙感大會(huì)摘要集[C];2010年

8 劉鳳蓮;林愛文;;基于RS的襄陽市土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響評(píng)估[A];地理學(xué)核心問題與主線——中國地理學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)暨中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所建所五十年慶典論文摘要集[C];2011年

9 高俊;田毅;陳建平;;基于RS和GIS的大比例尺城市土地利用現(xiàn)狀調(diào)查分類研究——以北京市宣武區(qū)為例[A];《測(cè)繪通報(bào)》測(cè)繪科學(xué)前沿技術(shù)論壇摘要集[C];2008年

10 丁忠平;;新型RS—6939S型細(xì)紗直板上銷使用效果分析[A];“無錫錫海杯”2010年全國推廣應(yīng)用創(chuàng)新型紡織器材提高成紗質(zhì)量技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 西安 趙德君;遙感(RS)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用(一)[N];電子報(bào);2009年

2 西安 羅炯;遙感(RS)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用(三)[N];電子報(bào);2009年

3 成都 羅炯;遙感(RS)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用(完)[N];電子報(bào);2009年

4 特約作者 八戒;未來CPU緩存的主角[N];電腦報(bào);2010年

5 西安 趙德君;遙感(RS)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用(二)[N];電子報(bào);2009年

6 本報(bào)記者 王政;“技術(shù)秀”大戲開幕[N];中國電子報(bào);2002年

7 閆書強(qiáng);不會(huì)消失的“0”和“1”[N];電腦報(bào);2009年

8 何小明;日本廠商聯(lián)合開發(fā)多芯片快閃存儲(chǔ)器組件[N];中國電子報(bào);2001年

9 本報(bào)記者 張小梅　張驊;江淮和悅RS展開夏季攻勢(shì)[N];中國企業(yè)報(bào);2011年

10 ;持續(xù)發(fā)展的臺(tái)灣半導(dǎo)體設(shè)計(jì)業(yè)[N];中國電子報(bào);2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 鄭丹丹;嵌入式CPU的納米尺度SRAM設(shè)計(jì)研究[D];浙江大學(xué);2009年

2 李錦榮;基于RS和GIS的沙塵暴災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2011年

3 景乃鋒;面向SRAM型FPGA軟錯(cuò)誤的可靠性評(píng)估與容錯(cuò)算法研究[D];上海交通大學(xué);2012年

4 張叢;基于RS和GIS的甘南草地生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估及其分類經(jīng)營模式優(yōu)化[D];蘭州大學(xué);2010年

5 曹波;基于RS和GIS的小流域綜合治理效益評(píng)價(jià)[D];北京林業(yè)大學(xué);2011年

6 王玲;基于GIS和RS的干旱區(qū)綠洲耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用研究[D];石河子大學(xué);2011年

7 竇勇;基于RS、GIS調(diào)查資料的青島市海岸帶生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[D];中國海洋大學(xué);2012年

8 王忠明;SRAM型FPGA的單粒子效應(yīng)評(píng)估技術(shù)研究[D];清華大學(xué);2011年

9 郭碧云;基于RS和GIS的內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯(cuò)帶土地利用/覆被變化研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2010年

10 侯景偉;ACA與RS、GIS耦合的水資源空間優(yōu)化配置[D];河南大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 孫正;基于RS碼的抗多位翻轉(zhuǎn)SRAM設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 于春蘭;RS碼譯碼及其子空間子碼維數(shù)的研究[D];山東理工大學(xué);2010年

3 張曉慶;流星余跡信道特性及RS碼編譯碼方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

4 孫瑞;基于RS的礦山開發(fā)監(jiān)測(cè)與土地利用變化研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2010年

5 夏小梅;基于RS、GIS的山地城市土地利用/土地覆蓋變化及土地資源生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究[D];重慶師范大學(xué);2010年

6 戈鋒;基于RS和GIS技術(shù)的太湖湖濱帶生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)[D];內(nèi)蒙古師范大學(xué);2010年

7 謝衛(wèi);基于GIS和RS的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息系統(tǒng)研究[D];西南交通大學(xué);2010年

8 施展;一種高速RS碼與LDPC級(jí)聯(lián)碼編碼器設(shè)計(jì)及硬件實(shí)現(xiàn)[D];上海交通大學(xué);2010年

9 張穎;基于程序演化的RS高效求核算法的研究[D];長沙理工大學(xué);2010年

10 程鵬;基于RS和GIS的泰安市土地利用變化和城市擴(kuò)展研究[D];山西師范大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2771715