[发明专利]一种单粒子多位错自主修复三冗余流水线及设计方法

说明书

一种单粒子多位错自主修复三冗余流水线设计方法，采用三条流水线并行处理相同的指令流；在三条流水线的每一级后均设有表决仲裁逻辑电路和错误纠正控制逻辑电路；所述三条流水线的每一级后的表决仲裁逻辑电路用于对三条流水线在该级输出的数据进行判断，然后输出判断结果给错误纠正控制逻辑电路；所述错误纠正控制逻辑电路根据表决仲裁逻辑电路的判断结果，对可能存在的数据错误进行纠正。该方法提高了流水线可靠性又兼顾了流水级间延迟性能要求。

技术领域

本发明涉及一种单粒子多位错自主修复三冗余流水线设计方法，属于微电子加固设计领域。

背景技术

当前，集成电路技术已经全面进入纳米时代，宇航用处理器已采用纳米级工艺进行研制。纳米工艺下，单粒子效应愈加严重，尤其是单粒子翻转和单粒子瞬态引发处理器单位错误和多位错误的问题越发突出。流水线作为高性能处理器的重要组成部分，用来完成指令流的执行并将执行结果写入数据缓存或寄存器堆，其内部包含大量寄存器和组合逻辑，是处理器最为敏感部分，最易受到单粒子效应的影响。若流水线受到单粒子效应的影响发生单位错误、多位错误，造成流水线执行结果错误，则会导致处理器工作异常。现有技术中三模冗余寄存器方法仅能够解决单粒子效应引发的单位数据翻转错误问题，但对单粒子多位数据翻转错误问题无法应对；而简单采用流水线备份方法对多位错发生在多条流水线的不同流水级的情况无效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种单粒子多位错自主修复三冗余流水线设计方法，该方法对流水的每一级进行三模冗余容错，同时自主纠正这一级错误的流水线，既解决了单一流水线发生多位错误的问题，又解决了多条流水线的不同流水级发生多位错误的问题，即提高了流水线可靠性又兼顾了流水级间延迟性能要求。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种单粒子多位错自主修复三冗余流水线设计方法，采用三条流水线并行处理相同的指令流；在三条流水线的每一级后均设有表决仲裁逻辑电路和错误纠正控制逻辑电路；

所述三条流水线的每一级后的表决仲裁逻辑电路用于对三条流水线在该级输出的数据进行判断，然后输出判断结果给错误纠正控制逻辑电路；

所述错误纠正控制逻辑电路根据表决仲裁逻辑电路的判断结果，对可能存在的错误数据进行纠正。

上述单粒子多位错自主修复三冗余流水线设计方法，当三条流水线在某一级输出的数据存在错误时，所述表决仲裁逻辑电路采用三判二的方法确定三条流水线在该级输出的正确数据，然后判断出现错误的流水线的编号，并将所述三条流水线在该级输出的正确数据和出现错误的流水线的编号输出给错误纠正控制逻辑电路。

上述单粒子多位错自主修复三冗余流水线设计方法，当空间的单粒子环境造成流水线的单粒子翻转阈值超过37MeV·cm²/mg时，所述表决仲裁逻辑电路采用如下方法确定三条流水线在该级输出的正确数据：

基于地面模拟实验装置对三条流水线的任意一级输出进行测试，获取单粒子环境下三条流水线分别在任意一级的可靠性指标，对于三条流水线任意相同的一级，采用可靠性指标最高的流水线在该级的输出数据作为三条流水线在该级输出的正确数据，然后判断出现错误的流水线的编号，并将所述三条流水线在该级输出的正确数据和出现错误的流水线的编号输出给错误纠正控制逻辑电路。

上述单粒子多位错自主修复三冗余流水线设计方法，所述错误纠正控制逻辑电路根据三条流水线在该级输出的正确数据和出现错误的流水线的编号，纠正出现错误的流水线在该级输出的数据。

上述单粒子多位错自主修复三冗余流水线设计方法，所述三条流水线的结构相同。

一种单粒子多位错自主修复三冗余流水线，包括三条并行处理相同指令流的流水线、表决仲裁逻辑电路和错误纠正控制逻辑电路；所述三条流水线的每一级后均设有一个表决仲裁逻辑电路和一个错误纠正控制逻辑电路；