论文摘要
单粒子翻转是指数字电路的存储单元中的某一位因受到干扰而发生翻转,从而引起存储内容的变化,它是目前导致处理器运行失效的主要原因。虽然SEU不破坏任何半导体器件,但是它将导致所存储的数据出错或指令的执行错误,甚至引起系统的崩溃。随着数字电路的集成度不断提高,单粒子翻转效应也越来越明显。如何提高微处理器的容SEU能力,是当前高可靠微处理器设计领域的一个研究重点。三模冗余和EDAC是对电路进行加固的重要方法。控制流检测技术可以在运行时发现程序的执行错误,从而提高微处理器的可靠性。现场可编程门阵列FPGA在现代数字电路设计中发挥着越来越重要的作用。从简单的接口电路到复杂的状态机,甚至是片上系统SoC,都可以采用FPGA来进行设计。FPGA正在各个设计领域获得越来越广泛的应用。本文首先对R80515开源IP核进行了深入的分析,然后对数字电路的SEU现象进行了研究。在此基础上,本文提出了容SEU错的高可靠R80515体系结构;结合Virtex-ⅡPro器件的特性,优化了EDAC编解码器的实现,节约了硬件资源;分析了不同的TMR粒度对于电路可靠性的影响,指出细粒度的TMR具有更高的可靠性。最后,综合运用这些加固技术对R80515的核心部分进行了加固,并提供了对控制流检测技术的支持。实验结果表明,该体系结构较好地实现了R80515在FPGA上的加固。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 本课题的研究目的和意义1.2 国内外研究现状1.2.1 国外高可靠微处理器技术研究和发展概况1.2.2 国内可靠性微处理器技术研究和发展概况1.3 本论文的主要工作1.4 本论文的组织结构第2章 EDA工程方法学2.1 EDA工程简介2.2 FPGA的开发流程2.3 本课题开发平台简介2.4 本章小结第3章 电路加固技术3.1 可靠性技术简介3.2 加固技术3.2.1 可靠性编码3.2.2 TMR冗余技术3.2.3 控制流检测技术3.2.4 其它常见技术3.3 本章小结第4章 高可靠R80515体系结构的设计与实现4.1 R80515介绍4.2 SEU现象介绍4.3 R80515的加固模型4.4 控制流检测的实现及其改进4.4.1 控制流检测的软硬件划分4.4.2 SFR和RAM的保存与恢复4.5 EDAC实现及其改进4.5.1 海明编、解码电路的实现4.5.2 EDAC示例4.6 TMR技术4.6.1 TMR在Xilinx FPGA上的实现4.6.2 TMR示例4.6.3 TMR技术与EDAC技术的对比4.7 组合电路提取4.8 自动提取实现4.9 本章小结第5章 仿真和测试5.1 R80515源IP的测试平台5.2 加固后的测试5.3 可靠性试验5.4 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果致谢
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