[发明专利]一种故障冗余机制的安全芯片处理器及处理方法

说明书

本发明提供了一种故障冗余机制的安全芯片处理器及处理方法，包括：安全运算模块，包括一组当前运算单元和至少一组冗余备份运算单元；特征参数提取模块，实时获取当前运算单元的运算参数信息，并从运算参数信息中提取指定的特征参数；故障预测模块，采用故障预测模型根据特征参数预测分析当前运算单元的故障可能性，若故障可能性持续增大，则判定当前运算单元存在故障；故障处理模块，让当前运算单元停止运行，并将该运算单元标记为故障运算单元；将其中一个冗余备份运算单元提升为当前运算单元，继续执行安全运算任务。具有可预测芯片处理器的故障、防止芯片处理器因故障停止运算、提高故障预测准确率和故障预测精确度满足应用要求等优点。

技术领域

本发明涉及芯片处理器技术领域，具体涉及一种故障冗余机制的安全芯片处理器及处理方法。

背景技术

近年来，随着电子科技产业的高速发展，数字芯片在工业、通信、军事、电子消费领域的应用越来越广泛。数字芯片是现代电子设备的核心器件，随着集成化电子系统芯片的结构日益复杂，数字芯片的功能不断增强，作用越来越大，对数字芯片的稳定性要求也更加严格。

和其他电子设备一样，数字芯片容易随着时间增加或工作环境变化发生故障，高故障率已成为制约其发展的重要因素之一，在潜水、军事、太空等领域中，设备的数字芯片如果发生故障将造成巨大的损失。数字芯片故障受诸多因素的共同影响，主要包括工作温度、环境温度、工作电压、环境辐射、器件老化、机械振动等等；这些因素会影响电路中的元器件性能参数，影响电路功能，最终导致电路故障。现有技术中数字芯片处理器存在以下不足：

1、数字芯片如果发生故障，相应的电子设备就会停止工作等待维修或维护；针对数字芯片的高故障率，目前一般都会对数字芯片进行定期维护，可以一定程度降低芯片故障造成的损失，但是，由于故障发生是随机性的，就存在了维护不足或过度维度等情况。

2、现有技术中也存在一些方法可以对数字芯片故障进行预测，一般是选择重要器件作为研究对象来预测，但由于集成电路芯片的物理结构复杂，芯片中器件数量很大，相互连接关系复杂，将会形成数以万计的特征参数，且不同变量之间相互影响，形成更加复杂的函数关系。现有的算法不足以应付如此规模的变量参数，特征参数的提取效率低，难以准确预测参数的变化，计算精度也不能满足应用要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于：提供一种故障冗余机制的安全芯片处理器及处理方法，设立了多组并行独立的运算单元，避免因当前运算单元出现故障，导致整个处理器停止运行，降低因故障造成的损失。通过提取和分析运算参数信息中的特征参数，预测故障，提前预警，让芯片处理器持续有效地执行安全运算任务。具有可预测芯片处理器的故障、防止芯片处理器因故障停止运算、提高故障预测准确率和故障预测精确度满足应用要求等优点。

一种故障冗余机制的安全芯片处理器，包括：

安全运算模块，包括一组当前运算单元和至少一组冗余备份运算单元，当前运算单元和冗余备份运算单元并行运作，用于根据安全运算逻辑进行安全运算任务；

特征参数提取模块，用于实时获取当前运算单元的运算参数信息，并从运算参数信息中提取指定的特征参数；

故障预测模块，用于采用故障预测模型根据特征参数预测分析当前运算单元的故障可能性，若故障可能性持续增大，则判定当前运算单元存在故障；

故障处理模块，用于让当前运算单元停止运行，并将该运算单元标记为故障运算单元；将其中一个冗余备份运算单元提升为当前运算单元，继续执行安全运算任务。

进一步地，还包括特征参数分析模块，用于实时监测所述特征参数的变化频率，并分析特征参数之间的函数关系和变化规律；所述特征参数包括芯片表面温度、环境温度和芯片输出频率。

进一步地，所述采用故障预测模型根据特征参数预测分析当前运算单元的故障可能性，若故障可能性持续增大时，则判定当前运算单元存在故障，包括：