[发明专利]一种空间设备的TCAM抗辐照防护方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间网络中对空间设备的三态内容寻址存储器TCAM（Ternary Content Addressable Memory）的抗辐照防护方法。

背景技术

目前，大量面向网络与信息安全的空间设备，包括防火墙、转发表、协处理器等主要用TCAM实现。但是由于空间环境中存在大量α粒子、重离子等粒子，它们造成的辐射和冲击会对空间中运行的电子设备造成较大的影响，使TCAM产生单粒子翻转。一旦TCAM发生单粒子翻转，它内部存储的信息则会发生错误，对空间网络与信息安全产生重要影响。

TCAM存储单元有逻辑“0”、逻辑“1”、逻辑“X”三个存储状态。在数据存储过程中，一个TCAM存储单元用两个静态随机存储器SRAM存储单元来存储。如图4所示，两个SRAM存储单元用b0和b1表示，TCAM的逻辑“0”状态的二进制编码为b0b1＝01,逻辑“1”状态的二进制编码为b0b1＝10,逻辑“X”状态的二进制编码为b0b1＝00。从图4可以看出，如果b0b1比特位发生翻转而变成11，则TCAM处于无效状态，TCAM本身能够自动识别出发生了粒子翻转事件。

目前，国内外关于TCAM抗辐照的研究主要集中在工艺、冗余编码和硬件冗余等方面。TCAM抗辐照的方法有以下几种：Baeg.S等在文献《通过计算刷新时间降低TCAM设备中的软错误的方法》（发表在2010年IEEE TRANSACTIONSON CIRCUITS AND SYSTTEMS期刊上）,提出了一种通过计算刷新周期值对TCAM进行防护的方法。方法的前提条件是必须用一位错误纠正编码SEC(Single Error Correction)对每个TCAM字进行一位防护。主要步骤是：

1、计算出TCAM中的存储单元发生X次翻转(X是TCAM中发生翻转的次数)的概率，概率的计算采用文献《复合泊松软件可靠性模型》（发表在1992年IEEE TRANSACTIONSON SOFTWARE ENGINEERING期刊上）第2页公式P(X)=ΣY=1X(βt)Ye-βtY!CX-1Y-1rX-Y(1-r)Y]]>的方法，其中表示从X-1个元素中一次取Y-1个的可能组合数，该概率是随时间变化的值。

2、根据TCAM内部存储单元排列组合规律（矩形阵列）计算出每个TCAM字发生一位翻转以上而引起TCAM发生错误的概率，因为发生一位以上翻转时SEC不能对每个字进行保护，此时TCAM发生错误；

3、将前面两步得到的概率相乘，得到的乘积即为发生X次翻转TCAM发生错误的概率，对X从0到无穷的TCAM发生错误的概率求和最后可以得到TCAM失效（发生错误）概率随时间分布的曲线。

该方法不足之处：TCAM电路结构复杂，需要在TCAM电路内部额外设计冗余纠错编码电路（由于有SEC存在）；采取了冗余纠错编码SEC，必将需要部分存储字节来存储校验位，使得编码率降低；文献仅在理论上对TCAM的刷新容错进行了研究，如何在工程中实现没有描述。