發(fā)布時間：2020-09-14 10:00

　　 隨著處理器逐步采用納米級的制造工藝,其集成度越來越高,電路特征尺寸越來越小,這使得處理器對于電磁干擾和輻射等噪聲干擾變得越發(fā)敏感,從而可能引起錯誤的發(fā)生以及整個系統(tǒng)的錯誤操作。同時,對于應(yīng)用在航天等空間輻射環(huán)境中的處理器,由于宇宙射線和高能粒子的輻射作用,容易導(dǎo)致處理器內(nèi)部集成電路產(chǎn)生各種單粒子效應(yīng),進(jìn)而引起系統(tǒng)的失效。因此,處理器的可靠性研究成為一個日益嚴(yán)峻的課題。 本文以某處理器的Cache系統(tǒng)為研究原型,以單粒子效應(yīng)引起的軟錯誤為研究對象,采用基于仿真的故障注入方法,對該Cache系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性評估,同時探討了可靠性加固設(shè)計的方法,并且利用仿真模擬器驗證了可靠性加固設(shè)計方法的有效性,對Cache系統(tǒng)可靠性設(shè)計具有一定的理論意義,是在納米級的制造工藝下處理器可靠性設(shè)計的一個有益探索。 本文主要的研究內(nèi)容與研究成果包括以下幾點: (1)對空間輻射環(huán)境及其對處理器的影響進(jìn)行了研究,總結(jié)了空間輻射效應(yīng)的常見類型,分析了其中最為常見的單粒子翻轉(zhuǎn)事件的產(chǎn)生機(jī)理。 (2)對可靠性評估分析方法進(jìn)行了研究,著重探討了基于故障注入的可靠性評估和基于解析模型的可靠性評估,提出了在本文研究原型Cache系統(tǒng)基礎(chǔ)上搭建的可靠性評估平臺,同時對研究原型進(jìn)行了軟錯誤敏感性分析。 (3)對可靠性加固設(shè)計方法進(jìn)行了研究,在對集成電路常見加固設(shè)計方法總結(jié)的基礎(chǔ)上,特別針對Cache系統(tǒng)的可靠性加固方法進(jìn)行了分析,同時對本文研究原型進(jìn)行了可靠性加固設(shè)計,并且利用Modelsim模擬器驗證了其采用可靠性加固設(shè)計的有效性。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：TP332;V443
【部分圖文】：

. 葡萄牙的 RIFLE 故障注入器[27]。它是專門針對處理器可靠性評估的障注入器。它通過一個插座將處理器和系統(tǒng)的其他部分分離開來，之間的信號，并且對其進(jìn)行修改來達(dá)到故障注入的目的。故障觸發(fā)采用基于地址的故障觸發(fā)，而且它引入觸發(fā)地址技術(shù)這一個故障參將故障注入到程序循環(huán)的內(nèi)部。它的由用戶指定范圍的故障生成器便的測試它所希望的系統(tǒng)性能。針對現(xiàn)代處理器的所采用的 Cache 技術(shù)，它提出了獨特的注入結(jié)果分析方法。一個有效的故障必須首然后保證這些錯誤不是在失效的高速緩存中或者丟棄的指令預(yù)取隊換插座，RIFLE 可以對不同的處理器進(jìn)行故障注入。. ERC32 可靠性驗證采用的是一種非接觸式的硬件故障注入方式，它圖 3-1 所示[4]。系統(tǒng)主要分為兩部分：待測的處理器 ERC32 和上位機(jī)觀測 ERC32 在故障注入條件下的執(zhí)行狀態(tài)。注入的故障是一重離輻射源出現(xiàn)的離子密度和能量是可以通過一定程序加以控制，以模輻射環(huán)境，同時也可以檢測 ERC32 在不同的輻射環(huán)境下的可靠度。

圖 4-9 Cache 可靠性加固方法 SSI 構(gòu)框圖[42]Fig.4- 9 The structure of selective set invalidation文獻(xiàn)[43]提出了一種準(zhǔn)確分析 cache 可靠性的方法，并且給出了三種不同的技術(shù)用來降低 L1 cache 的軟錯誤敏感性，分別是：(1) Flushing，操作系統(tǒng)用來保持?jǐn)?shù)據(jù)正確性的一種機(jī)制，可以用來減小 cache的敏感性。Flushing 通過減少 Cache 中關(guān)鍵內(nèi)容的存活時間來提高可靠性。這樣，關(guān)鍵內(nèi)容在有機(jī)會發(fā)生錯誤之前就被踢出了 cache。(2) 存儲策略采用 write through 方式。因為，在 write-back 策略中，一個 word寫入 cache block 中會導(dǎo)致整個 block 中的數(shù)據(jù)和 tag/status 位變成脆弱部分，直到該 block 被替換和寫入主存儲器中。而 write-through策略中，該 block 會立刻寫入主存儲器中使其不再脆弱。(3) 周期地從 L2 cache 中刷新 L1 cache 中的內(nèi)容。文獻(xiàn)[44]提出了兩種 refetching 的算法來提高 Cache 的可靠性，一種是基于靜態(tài)的方法，一種是基于事件驅(qū)動的方法。其中：(1) Static Method：按照一定順序選擇 cache 中的 blocks，在預(yù)定的時間間隔后對隨后的 block 進(jìn)行 refetch，類似于 DRAM refreshcontroller。使用這種方法，可

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文。ICR 復(fù)制 hot data blocks ( recently accessed cachche 空間中�？梢詫㈤L時間沒有接入的 blocks 叫做可能被逐出的數(shù)據(jù)。因此，這些 blocks 可以被用來內(nèi)容被檢測到發(fā)生軟錯誤時，它的備份可以用來糾是基于對 hot data 進(jìn)行備份的方法來提高 cache 可來存放有效數(shù)據(jù)的備份，與文獻(xiàn)[45]中的 ICR 方法放位置的準(zhǔn)則，該文章使用了一個叫做 shadow c以用來記錄備份數(shù)據(jù)的信息。下圖為將 SC 集成到

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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3 郭紅霞,張義門,陳雨生,周輝,肖偉堅,龔仁喜,賀朝會,龔建成;MOSFET單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的二維數(shù)值模擬[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報;2002年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號：2818037