高可靠性微控制器設(shè)計(jì)研究

　　2.2 糾錯(cuò)檢錯(cuò)（EDAC）

　　2.2.1 EDAC概述

　　EDAC可以用來檢測電子設(shè)備中由SEU引起的存儲(chǔ)為翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤。EDAC的基本結(jié)構(gòu)包括3個(gè)部分：編碼模塊，解碼模塊，存儲(chǔ)模塊。其中EDAC 編碼模塊將需要處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)算法的編碼，產(chǎn)生校驗(yàn)碼，與待處理數(shù)據(jù)一同存入存儲(chǔ)模塊。數(shù)據(jù)需要讀出的時(shí)候，EDAC解碼模塊將數(shù)據(jù)與相應(yīng)校驗(yàn)碼進(jìn)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(quán)碼，藤原英二碼等等。

　　2.2.2 漢明碼介紹

　　下面以擴(kuò)展?jié)h明碼為例說明編碼糾錯(cuò)檢錯(cuò)的原理。 擴(kuò)展?jié)h明碼（Extended Hamming Code）在存儲(chǔ)系統(tǒng)的糾錯(cuò)檢錯(cuò)中得到了廣泛應(yīng)用。他的最小碼距是4，對于數(shù)據(jù)位數(shù) k，校驗(yàn)位數(shù) r，他們之間的關(guān)系需滿足 2r-1 ≥ k+r。如果數(shù)據(jù)位 k增加一倍，校驗(yàn)位 r也只需要增加1位，所以它具有相當(dāng)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(yàn)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(shí)需計(jì)算存儲(chǔ)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(shí)刻的校驗(yàn)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(cuò)誤及錯(cuò)誤發(fā)生的位置。

　　2.3 兩種糾錯(cuò)方法的比較

　　TMR與 EDAC都屬于硬件冗余，對于不同字長的存儲(chǔ)器，他們所占用的面積開銷和時(shí)間開銷是不同的。TMR所占用的面積開銷包括冗余的2個(gè)目標(biāo)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(yàn)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(hù)寄存器，寄存器組等容量較小的存儲(chǔ)器件，TMR有實(shí)現(xiàn)簡單，增加面積較少的有點(diǎn)。而對于大容量的存儲(chǔ)器，則應(yīng)當(dāng)采用 EDAC來進(jìn)行糾錯(cuò)檢錯(cuò)。

　　3高可靠性 8051具體方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)通過對 SEU的機(jī)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(guān)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(gè)模塊對 mc8051IP核進(jìn)行了該進(jìn)。

　　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(shí)現(xiàn)。該模塊實(shí)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(gè) SFR離散的分布在上述字節(jié)區(qū)域的128個(gè)字節(jié)單元中。在mc8051IP核中并沒用將這些SFR設(shè)計(jì)在內(nèi)部 ram中，而是對應(yīng)地址分別實(shí)現(xiàn)的。對 SFR的加固處理是采用了 TMR技術(shù)。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

　　綜合后結(jié)果截取如下圖：