高可靠性微控制器設計研究

　　2.2 糾錯檢錯（EDAC）

　　2.2.1 EDAC概述

　　EDAC可以用來檢測電子設備中由SEU引起的存儲為翻轉(zhuǎn)錯誤。EDAC的基本結(jié)構(gòu)包括3個部分：編碼模塊，解碼模塊，存儲模塊。其中EDAC 編碼模塊將需要處理的數(shù)據(jù)進行相關算法的編碼，產(chǎn)生校驗碼，與待處理數(shù)據(jù)一同存入存儲模塊。數(shù)據(jù)需要讀出的時候，EDAC解碼模塊將數(shù)據(jù)與相應校驗碼進行解碼處理，得出正確結(jié)構(gòu)。編碼與解碼所采用的編碼方式可以根據(jù)需要選擇，如漢明碼，最佳奇權碼，藤原英二碼等等。

　　2.2.2 漢明碼介紹

　　下面以擴展?jié)h明碼為例說明編碼糾錯檢錯的原理。 擴展?jié)h明碼（Extended Hamming Code）在存儲系統(tǒng)的糾錯檢錯中得到了廣泛應用。他的最小碼距是4，對于數(shù)據(jù)位數(shù) k，校驗位數(shù) r，他們之間的關系需滿足 2r-1 ≥ k+r。如果數(shù)據(jù)位 k增加一倍，校驗位 r也只需要增加1位，所以它具有相當高的編碼效率。 8位數(shù)據(jù)經(jīng)過4位編碼后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

　　C= [D7D6D5D4D3D2D1D0C3C2C1C0]其中 D7～D0是數(shù)據(jù)位，C3～C0是校驗位：

　　C3= D7 D6 D5 D4 ； C2= D7 D3 D2 D1； C1= D6 D5 D3 D2 D0 ； C0= D6 D4 D3 D1 D0

　　解碼時需計算存儲數(shù)據(jù)的伴隨向量 S: S3= C3 CB3；S2= C2 CB2 ；S1= C1CB1；S0= C0 CB0 其中 CB0，CB1,CB2,CB3為 8位數(shù)據(jù)在解碼時刻的校驗位。根據(jù)算得的伴隨向量 S我們就可以判斷數(shù)據(jù)位是否發(fā)生錯誤及錯誤發(fā)生的位置。

　　2.3 兩種糾錯方法的比較

　　TMR與 EDAC都屬于硬件冗余，對于不同字長的存儲器，他們所占用的面積開銷和時間開銷是不同的。TMR所占用的面積開銷包括冗余的2個目標器件以及判決器及附屬電路邏輯，EDAC所增加的面積開銷則包括了增加的校驗位，編碼器，解碼器及附屬邏輯 1。根據(jù)以上分析我們可以得出結(jié)論，對于保護寄存器，寄存器組等容量較小的存儲器件，TMR有實現(xiàn)簡單，增加面積較少的有點。而對于大容量的存儲器，則應當采用 EDAC來進行糾錯檢錯。

　　3高可靠性 8051具體方案設計及實現(xiàn)通過對 SEU的機理分析及 mc8051結(jié)構(gòu)分析可以得出，容易受到粒子輻射的關鍵部位有

　　3：特殊寄存器（Special Function Register ，SFR），內(nèi)部 ram，外部 ram。本論文就上述三個模塊對 mc8051IP核進行了該進。

　　3.1特殊寄存器（SFR）

　　mc8051IP核的特殊寄存器(SFR)均在 control_mem文件中實現(xiàn)。該模塊實現(xiàn) 8051譯碼功能。SFR字節(jié)地址范圍是80H-FFH，他們在 RAM中并不是完全連續(xù)的，21個 SFR離散的分布在上述字節(jié)區(qū)域的128個字節(jié)單元中。在mc8051IP核中并沒用將這些SFR設計在內(nèi)部 ram中，而是對應地址分別實現(xiàn)的。對 SFR的加固處理是采用了 TMR技術。具體實現(xiàn)步驟如下：

　　綜合后結(jié)果截取如下圖：