一種抗SEU存儲(chǔ)器電路的FPGA設(shè)計(jì)

對(duì)于圖2所示的內(nèi)存配置方案，當(dāng)系統(tǒng)工作在TMR模式時(shí)，所有的片選信號(hào)都被相同的信號(hào)驅(qū)動(dòng)，這樣就構(gòu)成了TMR需要的3個(gè)16位內(nèi)存空間；而當(dāng)系統(tǒng)工作在漢明碼模式時(shí)，它們則ah、al、bh為一組，bl、ch、cl為另一組，并分別被相同的片選信號(hào)驅(qū)動(dòng)，從而構(gòu)成了兩個(gè)獨(dú)立的(16+8)位的內(nèi)存空間。本設(shè)計(jì)采用了3片128 K×16bit的SRAM，如果設(shè)置每片SRAM的低4K×16bit空間工作在TMR模式，則從圖中可以看出，該SRAM芯片組中還有兩個(gè)124 K×(16+8) bit的空間可以工作于擴(kuò)展?jié)h明碼模式。

3 電路設(shè)計(jì)
基于上述內(nèi)存配置方案，本文設(shè)計(jì)了如圖3所示的抗SEU存儲(chǔ)器電路。該電路包含了4個(gè)功能模塊。

3．1 TMR模塊
在TMR工作模式下可完成數(shù)據(jù)的寫入操作和讀取操作中的冗余判決。如果在讀取過程中發(fā)現(xiàn)有一片RAM中的數(shù)據(jù)與其它三片不同，則對(duì)該片RAM進(jìn)行正確數(shù)據(jù)的回寫；如果發(fā)現(xiàn)三片RAM中的數(shù)據(jù)都不相同，則產(chǎn)生中斷信號(hào)。
3．2 擴(kuò)展?jié)h明碼模塊
在擴(kuò)展?jié)h明碼工作模式下，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，則對(duì)其進(jìn)行編碼；當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，則對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的解碼，并判斷數(shù)據(jù)是否出錯(cuò)。如果一位錯(cuò)則自動(dòng)回寫正確值，如果兩位以上的錯(cuò)誤，則產(chǎn)生中斷信號(hào)。
3．3 模式選擇模塊
在該模塊內(nèi)部設(shè)置有一個(gè)32位的模式配置寄存器。通過給模式配置寄存器的低18位進(jìn)行預(yù)先置數(shù)，可以設(shè)置檢錯(cuò)糾錯(cuò)電路的工作模式，同時(shí)也就設(shè)置了RAM的內(nèi)存配置情況。根據(jù)CPU的不同應(yīng)用要求，模式控制模塊可以讓檢錯(cuò)糾錯(cuò)電路在擴(kuò)展?jié)h明碼方式與TMR方式二者之間進(jìn)行靈活的切換。
3．4 控制邏輯模塊
該電路模塊可根據(jù)電路所處的檢錯(cuò)糾錯(cuò)模式來控制相應(yīng)的讀寫信號(hào)和內(nèi)存片選信號(hào)，以便正確訪問RAM內(nèi)容。

4 FPGA的編程與實(shí)現(xiàn)
接下來對(duì)每個(gè)模塊在設(shè)計(jì)過程的具體考慮進(jìn)行重點(diǎn)介紹。
4．1 TMR模塊
對(duì)于TMR模塊的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。需要特別指出的是，考慮到對(duì)電路有效性的驗(yàn)證，在寫通道上另外添加了錯(cuò)誤注入模塊。圖4所示是其設(shè)計(jì)框圖，圖中，ctrl_err為錯(cuò)誤注入控制信號(hào)，當(dāng)ctrl_err為0時(shí)，表示不注入錯(cuò)誤；當(dāng)ctrl_err為1時(shí)，表示注入錯(cuò)誤。這樣可以通過對(duì)ct-rl_err信號(hào)的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)SEU效應(yīng)的模擬。add_err[7．．0]為注錯(cuò)數(shù)據(jù)信號(hào)。將add_err的低四位用0000～1111表示，可用于表示給數(shù)據(jù)添加錯(cuò)誤的位置，它的高四位甩XX01～XX11表示，則可分別表示要給RAM組中的某個(gè)RAM添加錯(cuò)誤。

4．2 擴(kuò)展?jié)h明碼模塊
擴(kuò)展?jié)h明碼模塊的設(shè)計(jì)主要包括編碼模塊、伴隨式生成模塊以及差錯(cuò)校驗(yàn)?zāi)K等。編碼模塊可使用式(1)進(jìn)行編碼，可生成r個(gè)校驗(yàn)位。并將它們依次添加到碼元序列的第2i-1(其中i=0，…，r-1)個(gè)位置上。伴隨式生成模塊使用式(2)進(jìn)行解碼，可對(duì)應(yīng)生成校驗(yàn)子S。差錯(cuò)控制模塊可根據(jù)生成的校驗(yàn)子S來判斷數(shù)據(jù)是否出錯(cuò)，以及出錯(cuò)的位數(shù)，并用sef與def表示。如果數(shù)據(jù)沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，則直接送出；如果數(shù)據(jù)中有一位出現(xiàn)錯(cuò)誤，則對(duì)其進(jìn)行回寫，同時(shí)將修正的數(shù)據(jù)送出；如果兩位出現(xiàn)錯(cuò)誤，則輸出中斷信號(hào)int。