發(fā)布時(shí)間：2017-05-06 12:09

  本文關(guān)鍵詞：基于時(shí)間冗余的指令級(jí)容錯(cuò)機(jī)制設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著半導(dǎo)體制造工藝的提高,芯片集成的晶體管數(shù)量的增加,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更易受到射線、高能量粒子(電子、中子、質(zhì)子等)的影響,從而增加軟錯(cuò)誤的出現(xiàn)概率。軟錯(cuò)誤使得處理器的可靠性計(jì)算不能被保證,程序更容易因?yàn)檫@種軟錯(cuò)誤而運(yùn)行出錯(cuò)。所以利用冗余執(zhí)行和預(yù)測(cè)技術(shù)以及根據(jù)指令的被相關(guān)度作為優(yōu)先級(jí)的ALU調(diào)度來提升微處理器的可靠性,在保證處理器系統(tǒng)準(zhǔn)確性的同時(shí)降低計(jì)算系統(tǒng)的性能損失以及降低系統(tǒng)功耗是目前微處理器架構(gòu)研究的重點(diǎn)之一。由于時(shí)間冗余實(shí)現(xiàn)起來較硬件簡(jiǎn)單,從性價(jià)比和設(shè)計(jì)復(fù)雜度方面考慮是更理想的選擇。而且隨著各終端電子設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛,通過冗余執(zhí)行來提高系統(tǒng)可靠性和性能具有重要的理論意義與廣泛的實(shí)用價(jià)值。本文的設(shè)計(jì)屬于時(shí)間冗余。是在高出錯(cuò)率的環(huán)境下,在性能和功耗方面都優(yōu)于指令雙執(zhí)行的容錯(cuò)系統(tǒng)。首先,基于保留站的結(jié)構(gòu),提出了可靠站來提高傳統(tǒng)的雙執(zhí)行的恢復(fù)效率。從而在保證系統(tǒng)可靠性的前提下,又能使處理器的性能損失低于雙執(zhí)行。當(dāng)指令被執(zhí)行兩遍之后,結(jié)果會(huì)暫存在可靠站中進(jìn)行對(duì)比,如果相等則流水線正常進(jìn)行,否則指令會(huì)被重新執(zhí)行進(jìn)行容錯(cuò)。而傳統(tǒng)的雙執(zhí)行在指令復(fù)制和冗余執(zhí)行與可靠站是相同的,在錯(cuò)誤檢查時(shí)若相等則繼續(xù)執(zhí)行,若出錯(cuò)它需要清空重定序緩存ROB,然后重新取指執(zhí)行。這將耗費(fèi)處理器大量的操作時(shí)間和能量,因?yàn)橛泻芏嗟拇鎯?chǔ)器訪問和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的操作。其次,本文針對(duì)數(shù)據(jù)在總線傳輸過程中的出錯(cuò)提出并設(shè)計(jì)了冗余方案。當(dāng)數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)發(fā)過程中出現(xiàn)位翻轉(zhuǎn)時(shí)雙執(zhí)行是探測(cè)不到錯(cuò)誤的。例如數(shù)據(jù)由寄存器傳送到發(fā)射邏輯的過程中發(fā)生了位翻轉(zhuǎn),從而發(fā)射邏輯接收到的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的,此時(shí)這個(gè)臟數(shù)據(jù)會(huì)同時(shí)被初始指令和復(fù)制指令使用。因此即使兩次執(zhí)行的結(jié)果相等,也是錯(cuò)誤的。所以本文專門針對(duì)此類型錯(cuò)誤設(shè)計(jì)了冗余電路。即經(jīng)過數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)都要被兩次傳輸,在兩次傳輸都到達(dá)時(shí)利用比較器進(jìn)行對(duì)比。如果收到的兩個(gè)數(shù)據(jù)相等則可以正常使用,否則需要重新傳輸。最后一個(gè)是基于指令被相關(guān)程度的ALU調(diào)度,就是把被依賴的程度作為分配ALU的優(yōu)先級(jí),越被相關(guān),越早分配ALU。這樣那些和這條指令存在相關(guān)的指令因?yàn)椴僮鳁l件滿足而得到執(zhí)行。因?yàn)樵谝粋�(gè)指令序列當(dāng)中,不同指令的被依賴程度是不一樣的,所以我們是先對(duì)每條指令的被相關(guān)程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì),然后在發(fā)射段指令申請(qǐng)執(zhí)行單元的時(shí)候根據(jù)這個(gè)被相關(guān)的權(quán)重大小來決定分配ALU的優(yōu)先級(jí),當(dāng)然只有需要同類執(zhí)行部件的指令才需要比較。
【關(guān)鍵詞】：軟錯(cuò)誤 時(shí)間冗余 指令雙執(zhí)行 可靠站 ALU調(diào)度
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP332;TP302.8
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-17
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 研究意義與內(nèi)容14-15
• 1.3 本文的組織結(jié)構(gòu)15-17
• 第2章 可靠性的相關(guān)研究17-26
• 2.1 研究概述17-18
• 2.2 指令雙執(zhí)行18-21
• 2.2.1 五級(jí)流水線18
• 2.2.2 亂序執(zhí)行18-20
• 2.2.3 雙執(zhí)行20-21
• 2.3 指令復(fù)用21-26
• 2.3.1 動(dòng)態(tài)指令復(fù)用22-23
• 2.3.2 指令復(fù)用的流水線結(jié)構(gòu)23-26
• 第3章 基于時(shí)間冗余的可靠站系統(tǒng)設(shè)計(jì)26-37
• 3.1 保留站26
• 3.2 可靠站的體系結(jié)構(gòu)26-31
• 3.2.1 可靠站的概念26-27
• 3.2.2 可靠站的方案設(shè)計(jì)27-29
• 3.2.3 可靠站的狀態(tài)轉(zhuǎn)化模型29
• 3.2.4 可靠站的容錯(cuò)規(guī)則示例29-31
• 3.3 可靠站的流水線結(jié)構(gòu)31-35
• 3.3.1 超標(biāo)量流水線概述31
• 3.3.2 可靠站流水線31-32
• 3.3.3 可靠站與雙執(zhí)行的流水線對(duì)比32-35
• 3.4 可靠站系統(tǒng)的容錯(cuò)性能35-37
• 第4章 基于相關(guān)度的指令調(diào)度設(shè)計(jì)37-50
• 4.1 相關(guān)性指令調(diào)度的應(yīng)用場(chǎng)景37-38
• 4.2 基于可靠站的相關(guān)性指令調(diào)度算法38-46
• 4.2.1 相關(guān)性指令間的消費(fèi)者-生產(chǎn)者模型38-41
• 4.2.2 相關(guān)性指令調(diào)度的算法流程41-43
• 4.2.3 相關(guān)性指令調(diào)度的算法實(shí)現(xiàn)43-46
• 4.3 相關(guān)性指令調(diào)度的實(shí)例演示46-50
• 第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與性能分析50-58
• 5.1 基于Simplescalar的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹50-52
• 5.1.1 Simplescalar模擬器50-51
• 5.1.2 模擬器參數(shù)配置51-52
• 5.2 可靠站的性能分析52-56
• 5.2.1 可靠站的IPC性能分析52-54
• 5.2.2 軟錯(cuò)誤的出現(xiàn)頻率對(duì)可靠站性能的影響54-55
• 5.2.3 可靠站的容量對(duì)其性能的影響55-56
• 5.3 相關(guān)性指令調(diào)度的性能分析56-58
• 第6章 總結(jié)與展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-64
• 致謝64-65
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄65-66
• 附件66

【相似文獻(xiàn)】

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1 周達(dá)天,肖揚(yáng),穆建成;基于時(shí)間冗余的一種新的切變系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及其算法[J];北方交通大學(xué)學(xué)報(bào);2002年03期

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4 劉光輝;;使用時(shí)間冗余保證處理器的可靠性[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2011年21期

5 ;[J];;年期

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1 盧相志;基于時(shí)間冗余的指令級(jí)容錯(cuò)機(jī)制設(shè)計(jì)[D];山東大學(xué);2015年

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