基于同步冗余线程与编码技术的抗单粒子效应系统及方法

摘要

基于同步冗余线程与编码技术的抗单粒子效应系统及方法，通过对纠检错编码的研究和改进，使得该编码技术能够快速检测出寄存器堆中发生的单粒子翻转，同时将处理器同步双线程机制设计为冗余双线程机制，当检测到某线程的寄存器堆发生单粒子翻转时，将通过替换为另一个冗余线程的寄存器堆对应存储单元的数据，纠正发生翻转错误的寄存器数据；通过冗余双线程指令级同步执行结果比较机制，判断出流水线电路是否发生单粒子瞬变错误。当发生该错误时通过设计的冗余线程流水线重启机制，快速消除流水线单粒子瞬变错误。本方法较好的解决了处理器中寄存器堆多位单粒子翻转和流水线单粒子瞬变两种常发生而又难解决的问题。

主权项

基于同步冗余线程与编码技术的抗单粒子效应系统，其特征在于：包括取指模块、线程选通模块、译码模块I、执行模块I、译码模块II、执行模块II、检错电路I、检错电路II、寄存器堆I、寄存器堆II，比较模块、存储模块和系统控制器；取指模块，根据系统控制器的控制，从命中的CACHE或是从外部存储器中读取指令，并将读取的指令缓存；线程选通模块，读取取指模块缓存的指令，将该指令写入冗余线程指令缓冲区后发射；同时将译码模块I、译码模块II选通；译码模块I、译码模块II分别将线程选通模块发射的指令进行译码，并将译码后的结果分别发送给执行模块I、执行模块II；执行模块I、执行模块II，根据接收的译码后的结果，分别从寄存器堆I、寄存器堆II中读取数据，并将读取的数据发送给检错电路I、检错电路II；根据系统控制器的控制，执行相应操作；检错电路I、检错电路II，检测读取的数据是否发生单粒子翻转，并将检错结果发送给系统控制器；比较模块，将执行模块I、执行模块II执行指令后的结果进行比较，若结果一致，则将该结果发送给存储模块存储；否则，将当前状态通知系统控制器；系统控制器工作过程：第一步，判断是否收到检错电路I、检错电路II发送的检错结果，若收到该检错结果，则转第二步，否则，判断受否收到比较模块发送的当前状态信息，若收到当前状态信息，则控制取指模块重新读取该指令；若未收到当前状态信息，则继续等待；第二步，若检错结果表明执行模块I、执行模块II从寄存器堆I、寄存器堆II中读取的数据都未发生单粒子翻转，则控制执行模块I、执行模块II利用读取的数据执行当前指令；若检错结果表明执行模块I、执行模块II从寄存器堆I、寄存器堆II中读取的数据都发生单粒子翻转，则控制执行模块I、执行模块II停止工作，同时控制取指模块重新读取当前指令；若检错结果表明只有一个执行模块从其寄存器堆中读取的数据发生单粒子翻转，则先控制执行模块I、执行模块II停止工作，用另一执行模块读取的正确的数据替换该发生单粒子翻转的数据，并将替换后的数据分别发送给执行模块I、执行模块II，再启动执行模块I、执行模块II，由执行模块I、执行模块II利用替换的数据执行当前指令。