[发明专利]一种基于主动链接备份数据的处理器容错结构及方法

权利要求书

1.一种基于主动链接备份数据的处理器容错结构，其特征在于，包括五 级流水结构、流水控制模块、校验码编码模块、PC寄存器及增强型寄存器 文件REF；

五级流水结构包括取指模块IF、译码模块ID、执行模块EX、存储访 问模块MA、自适应回写模块AWB及四组级间寄存器；五级流水结构中的 五个模块通过级间寄存器FD、级间寄存器DE、级间寄存器EM和级间寄 存器MW依次相连，其中取指模块IF位于五级流水结构首位，自适应回写 模块AWB在末尾；

自适应回写模块AWB的输出副本查询控制信号连接至译码模块ID， 用于实现异常情况下源操作数的副本查询；自适应回写模块AWB的输出连 接至PC寄存器的输入，用于实现处理器异常模式下指令PC的写操作；PC 寄存器的输出指令PC连接至取指模块IF；PC寄存器的输出和副本查询控 制信号共同实现处理器对冗余备份数据的查询、读取及使用；

流水控制模块与级间寄存器FD、DE、EM和MW的使能端相连，用于 根据处理器状态使能或禁止级间寄存器的采样；

校验码编码模块根据纠检错编码规则，对输入数据进行编码，输出为输 入数据及其校验码；校验码编码模块的输入来自自适应回写模块AWB，输 出连接至增强型寄存器文件REF的写端口；

增强型寄存器文件ERF具有四写五读共九个端口，每个端口均包含实 现读写必须的控制信号；所有的读端口均与译码模块ID连接；

译码模块ID首先检测其输入副本查询控制信号中的信号查询标志位是 否有效；译码模块ID将五个读端口的反馈信息，副本查询控制信号中的信 息及其它信息向级间寄存器DE传递；所述五个读端口的反馈信息包括第 一、第二源操作数及校验码SP1、SP2，第一、第二源操作数副本信息 SC1、SC2和目标操作数副本信息DC；

级间寄存器DE在流水控制模块控制下，将上述译码模块ID的输出寄 存后，输出至执行模块EX；

执行模块EX包括具有检测和比较能力的增强型ALU，根据输入的第 一、第二源操作数及校验码SP1、SP2对源操作数的正确性进行校验；同时 根据第一、第二源操作数进行算术或逻辑运算得到作为运算结果的目标操作 数，最终比较第一、第二源操作数和目标操作数是否相等，当数据相等且存 储地址不同时，则输出支持备份的比较结果，否则输出不支持备份的比较结 果；执行模块EX将第一、第二源操作数的两个比较结果CRA和CRB、目 标操作数及其它未经处理的输入进一步输出至级间寄存器EM；

级间寄存器EM在流水控制模块控制下，将上述执行模块EX的输出寄 存后，输出至存储访问模块MA；

存储访问模块MA，完成访问存存储器的操作，并向级间寄存器MW 进一步传递该模块的输入；

级间寄存器MW在流水控制模块控制下，将上述存储访问模块MA的 输出寄存后，输出至自适应回写模块AWB；

自适应回写模块AWB完成处理器内部的写操作，当源操作数不正确 时，将目前指令的PC写入PC寄存器，同时对副本查询控制信号进行设 置；当无异常存在时，完成增强型寄存器文件ERF的写操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于主动链接备份数据的处理器容错结 构，其特征在于，所述的增强型寄存器文件ERF，包括数据寄存器文件和 控制寄存器文件，两者存储单元的个数相同且一一对应，但是位宽不同；数 据寄存器文件存储指令的操作数及其校验码，以及增强型寄存器文件ERF 的其中三个端口由数据寄存器文件单独使用；控制寄存器文件存储备份数据 的链接信息包括副本地址和标志位，副本标志位指示当前访问的操作数是否 存在备份数据，副本地址指示备份数据在数据寄存器文件的存储地址；增强 型寄存器文件ERF的其余六个端口由控制寄存器文件单独使用。

3.根据权利要求2所述的一种基于主动链接备份数据的处理器容错结 构，其特征在于，数据寄存器文件存储指令的操作数包括计算所需的源操作 数和计算完成后的目标操作数。