高可靠8051中ALU和系统管理单元的可靠性技术研究与实现

论文摘要

随着信息化时代的到来,计算机越来越多的应用于社会的各个领域,可以说计算机在现代社会中扮演着举足轻重的角色。由于应用环境的复杂,计算机系统的中枢—微处理器面临的各种干扰日益严重,高性能微处理器的可靠性面临着严峻的考验。本文主要研究可靠性增强的相关技术,并基于一款与标准8051兼容的微处理器将三模冗余、检错纠错码、Berger码检测等可靠性增强技术运用于其中。同时对经过可靠性加固的模块进行了功能和可靠性增强的测试,分析了相关测试数据,结果表明,可靠性增强技术可以有效提高微处理器的可靠性。本文所做的主要工作包括:(1)针对如何提高微处理器的可靠性这个问题,深入研究了各种可靠性增强的相关技术。比较常用的技术有三模冗余(TMR:Triple Module Redundancy)、检错纠错码EDAC(EDAC:Error Detection and Correction Code)、Berger码检测(BCP:Berger Check Predict)、看门狗处理器等。文中重点使用了时空三模冗余技术TSTMR和Berger码检测技术。(2)以8位嵌入式微处理器YH8051为切入点,在熟悉了其体系结构的基础上,重点分析了其中的算术逻辑运算单元ALU和系统管理单元,对它们进行了可靠性技术的加固,同时对经过修改的模块进行了相关的功能和性能测试,并分析了测试结果,得出相关结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 高能粒子来源
• 1.1.2 噪声来源
• 1.1.3 故障种类
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.3 本文研究内容
• 1.3.1 微处理器可靠性设计技术研究
• 1.3.2 高可靠8051 芯片中ALU 和系统管理单元的设计、实现与测试
• 1.4 论文结构
• 第二章 可靠性设计关键技术研究
• 2.1 可靠性设计关键技术概述
• 2.2 三模冗余技术
• 2.3 时空三模冗余技术
• 2.4 Berger 码检测技术
• 2.5 EDAC 技术
• 2.6 看门狗处理器技术
• 2.6.1 数据检测
• 2.6.2 控制流检测
• 2.6.3 特殊功能寄存器SFR 的保存与恢复
• 2.7 可靠的有限状态机技术
• 第三章 算术逻辑运算单元的可靠性设计与实现
• 3.1 YH8051 系统概述
• 3.2 YH8051 的体系结构
• 3.2.1 YH8051 的系统模块框图
• 3.2.2 YH8051 的存储系统设计
• 3.2.3 YH8051 的特殊功能寄存器
• 3.2.4 YH8051 的指令集和指令时序
• 3.3 算术逻辑运算单元ALU
• 3.3.1 模块功能
• 3.3.2 模块结构
• 3.3.3 模块的特殊功能寄存器
• 3.4 可靠性ALU 的设计与实现
• 3.4.1 Berger 码概述
• 3.4.2 模块的可靠性实现
• 3.5 BCP 电路的功能测试
• 第四章 系统管理单元的可靠性设计与实现
• 4.1 YH8051 中的系统管理模块介绍
• 4.1.1 PMU 功耗管理单元
• 4.1.2 ISR 中断管理单元
• 4.1.3 TIMER 定时器/计数器单元
• 4.1.4 WATCHDOG 看门狗
• 4.2 可靠性系统管理单元的设计与实现
• 4.2.1 可靠性PMU 的设计与实现
• 4.2.2 可靠性ISR 的设计、实现
• 4.2.3 可靠性Timer 的设计、实现
• 4.2.4 可靠性Watchdog 的设计、实现
• 4.3 单元的功能测试
• 第五章 可靠性测试与分析
• 5.1 测试的前提条件
• 5.2 测试内容
• 5.2.1 ALU 模块的测试内容
• 5.2.2 系统管理单元的测试内容
• 5.3 ALU 模块的测试结果
• 5.3.1 测试结果
• 5.3.2 结果分析
• 5.4 系统管理单元的测试结果
• 5.4.1 ISR 模块测试结果
• 5.4.2 PMU 模块测试结果
• 5.4.3 结果分析
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果