[发明专利]基于检查点技术的双冗余流水线及容错方法

权利要求书

1.一种基于检查点技术的双冗余流水线，其特征在于：所述基于检查点技术的双冗余流水线包括流水线A、流水线B、指令缓存(301)、备份寄存器组(401)、比较逻辑(501)、写缓冲(601)、数据缓存(701)和寄存器堆(801)；所述流水线A包括取指段(101)、译码段(102)、执行段(103)、访存段(104)、写回段(105)五个流水段；所述流水线B包括取指段(201)、译码段(202)、执行段(203)、访存段(204)、写回段(205)五个流水段；数据缓存(701)和寄存器堆(801)由流水线A和流水线B共享，正常情况下，执行指令流时默认写入流水线A的执行结果；所述指令缓存(301)用于存储流水线执行的代码，与流水线A中取指段(101)进行数据交互，流水线A取出指令后分发给两条流水线执行；所述备份寄存器组(401)以周期粒度对流水线A的级间寄存器进行备份，一旦比较逻辑(501)检测出单粒子故障，将备份的内容恢复到流水线A和流水线B的级间寄存器中，2个周期后流水线正常执行；所述比较逻辑(501)设置在流水线A与流水线B之间，对比两条流水线的级间寄存器内容，检测单粒子故障；所述写缓冲(601)设置在数据缓存(701)和寄存器堆(801)的入口，用于暂存流水线给出的更新数据；所述数据缓存(701)用于存储流水线输出的数据，并向流水线提供运算操作数；所述寄存器堆(801)用于存储流水线输出的数据，并向流水线提供运算操作数；所述数据缓存(701)入口设置1个写缓冲(601)，用于缓存流水线A访存段(104)用于更新数据缓存(701)的信息；所述寄存器堆(801)入口设置2个写缓冲(601)，用于缓存流水线A写回段(105)和流水线B写回段(205)用于更新寄存器堆(801)的信息；所述比较逻辑(501)的数量为6个，其中5个分别设置在两条流水线各个流水段之间，用于对比级间寄存器信息，检测单粒子故障，1个用于对比写缓冲(601)中两条流水线用于更新寄存器堆(801)的信息，检测流水线单元写回段发生的SET故障。

2.一种基于检查点技术的双冗余流水线的容错方法，其特征在于：该容错方法用于基于检查点技术的双冗余流水线；所述基于检查点技术的双冗余流水线包括流水线A、流水线B、指令缓存(301)、备份寄存器组(401)、比较逻辑(501)、写缓冲(601)、数据缓存(701)和寄存器堆(801)；所述容错方法采用如下步骤和方法对单粒子导致的SET、SEU、MBU故障进行容错:

(1)取指段，将流水线A取指段(101)的级间寄存器内容存储到备份寄存器组(401)；流水线A的取指段(101)给出指令地址，从指令缓存(301)中取出指令分发给两条流水线执行；比较逻辑(501)对比两条流水线的级间寄存器信息，如果比较结果相同，说明流水线单元的取指段没有被单粒子轰击，流水线继续向下执行，如果比较结果不同，说明一条流水线的取指段的级间寄存器发生SEU/MBU故障，给出流水线取指段的错误信号；

(2)译码段，将流水线A译码段(102)的级间寄存器内容存储到备份寄存器组(401)；流水线A的译码段(102)读地址信息，判断操作数是否存在写缓冲(601)中，如果存在，则从写缓冲(601)中取出操作数并分发给两条流水线操作，否则，从寄存器堆(801)中取出操作数分发给两条流水线操作；比较逻辑(501)对比两条流水线的译码段级间寄存器信息，如果比较结果相同，说明流水线单元的译码段没有被单粒子轰击，流水线继续向下执行，如果比较结果不同，说明一条流水线的取指段的功能逻辑发生SET故障，或者译码段的级间寄存器发生SEU/MBU故障，给出流水线译码段的错误信号；

(3)执行段，将流水线A执行段(103)的级间寄存器内容存储到备份寄存器组(401)；流水线A的执行段(103)读地址信息，判断操作数是否存在写缓冲(601)中，如果存在，则从写缓冲(601)中取出操作数并分发给两条流水线操作，否则，从数据缓存(701)中取出操作数分发给两条流水线操作；比较逻辑(501)对比两条流水线的级间寄存器信息，如果比较结果相同，说明流水线单元的执行段没有被单粒子轰击，流水线继续向下执行，如果比较结果不同，说明某条流水线的译码段的功能逻辑发生SET故障，或者执行段的级间寄存器发生SEU/MBU故障，给出流水线执行段的错误信号；

(4)访存段，将流水线A访存段(104)的级间寄存器内容存储到备份寄存器组(401)；流水线A的访存段(104)给出与数据缓存(701)的写交互信息，并将其更新到写缓冲(601)；比较逻辑(501)对比两条流水线的级间寄存器信息，如果比较结果相同，说明流水线单元的访存段没有被单粒子轰击，流水线继续向下执行，如果比较结果不同，说明某条流水线的执行段的功能逻辑发生SET故障，或者访存段的级间寄存器发生SEU/MBU故障，给出流水线访存段的错误信号；

(5)写回段，将流水线A写回段(105)的级间寄存器内容存储到备份寄存器组(401)；流水线A的写回段(105)和流水线B的写回段(205)给出与寄存器堆(801)的写交互信息，并将其更新到写缓冲(601)；比较逻辑(501)对比两条流水线的级间寄存器信息，如果比较结果相同，说明流水线单元的写回段没有被单粒子轰击，流水线继续向下执行，如果比较结果不同，说明某条流水线的访存段的功能逻辑发生SET故障，或者写回段的级间寄存器发生SEU/MBU故障，给出流水线写回段的错误信号；

(6)比较逻辑(501)对比步骤(5)中两条流水线存入写缓冲(601)中的信息，如果比较结果相同，说明流水线单元没有被单粒子轰击，如果比较结果不同，则说明写回段的功能逻辑发生SET故障，给出错误信号；

(7)将步骤(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)中错误信号进行或操作，生成恢复信号，如果恢复信号有效，作废当前周期流水线单元所有操作，并将备份寄存器组(401)中的内容恢复到两条流水线对应的级间寄存器中，同时清空写缓冲(601)的信息，禁止更新数据缓存(701)和寄存器堆(801)，流水线重新执行发生故障的操作。