[发明专利]基于Zynq-7000的片上存储器抗单粒子翻转防护方法

说明书

本发明涉及一种基于Zynq‑7000的片上存储器抗单粒子翻转防护方法，应用于Zynq‑7000SoC在空间环境下的存储器容错设计中，其目的是为了解决空间环境中单粒子翻转对Zynq‑7000芯片内部片上存储器的数据可靠性的影响，保障Zynq‑7000芯片内部双核处理器之间的正确通信。本发明结合Zynq‑7000芯片的资源特性，采用软件EDAC方法实现双核处理器与片上存储器之间通信的数据加固操作，采用软件中断方式实现单位错误和双位错误的状态标记以及单位错的双核同步回写操作，在ARM处理器中实现数据的纠一检二和数据回写功能，从而提高Zynq‑7000内片上存储器抗单粒子翻转能力，为Zynq‑7000SoC内双核处理器之间进行数据通信的可靠性提供一种重要手段。

技术领域

本发明涉及软件方法领域，具体应用于星载系统中，具体是一种基于Zynq-7000的片上存储器抗单粒子翻转防护方法。

背景技术

近年来，商用器件(Commercial-off-the-shelf,COTS)因成本低、性能高、不受国外进口限制等特点被越来越多地应用于航天领域中。其中，Xilinx公司的Zynq-7000系列器件将双核ARM处理器与可编程逻辑、硬IP外设紧密集成，其灵活性和可配置性的完美结合受到小卫星领域的广泛关注，逐步应用于航天领域的工程实践中。

Zynq-7000SoC PS部分内的双核ARM Cortex-A9处理器可采用非对称多处理(Asymmetric Multi-core Processor,AMP)机制以并行或冗余的方式执行不同的任务，使系统性能实现最大化。Zynq-7000SoC PS部分内的片上存储器(On-Chip Memory,OCM)包含256KB的RAM存储空间，具有较高的访问吞吐量，是Zynq-7000SoC片内双核处理器之间进行数据交互和资源共享的重要资源媒介。但Zynq-7000作为COTS器件其抗辐射能力较低，其片上存储器很容易受到对RAM敏感的单粒子翻转的影响，造成存储器数据状态的改变，导致双核处理器通信的失效，甚至导致星载系统指令或数据的失效，引发系统崩溃。

在星载系统的设计中，不仅要满足星载系统基本的功能需求，更要考虑星载系统的高可靠性要求。目前，针对单粒子翻转进行存储器加固的常用方法是硬件EDAC电路，主要包括处理器自带EDAC电路和用FPGA实现EDAC电路两类。其中，处理器自带EDAC电路通常由芯片的安全等级决定，如宇航级芯片，而Zynq-7000内的片上存储器仅具有奇偶校验功能，不具备纠错能力，不满足星载系统抗单粒子翻转的需求；用FPGA实现EDAC电路具有设计灵活、可配置的特点，但SRAM型FPGA作为易失性存储，其自身可靠性存在问题，且最重要的是双核处理器与片上存储器已集成在同一芯片中，无法通过外加硬件EDAC电路实现存储器的加固。

发明内容

为解决传统硬件EDAC在Zynq-7000内片上存储器OCM加固的局限性，本发明提供了一种基于Zynq-7000的片上存储器抗单粒子翻转软件防护设计方法，利用Zynq-7000内双核ARM处理器和软件生成中断(Software Generate Interrupt,SGI)的资源特性，采用软件EDAC方法实现OCM的数据容错，保障双核通信的可靠性。

一种基于Zynq-7000的片上存储器抗单粒子翻转防护方法，CPU0或CPU1中的原始数据通过软件EDAC模块进行编码操作，写入到OCM中；OCM中的Hsiao码数据通过软件EDAC模块进行解码操作，被CPU0或CPU1读取；当数据读取检测到单位错或双位错时，SGI产生软件中断进行双核同步数据回写或通知CPU0和CPU1进行处理，其特征在于：

A、关键变量定义及初始化：将需存储在OCM且待加固的变量作为关键变量，定义关键变量的位宽，指定关键变量在OCM中的存储地址，初始化关键变量，并对SGI进行使能；