[发明专利]近阈值电压下高速缓存多位硬错误的检测及容错装置与方法

权利要求书

1.一种近阈值电压下高速缓存多位硬错误的检测及容错装置，包括高速缓存存储器、BIST电路、数据压缩模块、数据纠正模块；其特征在于，将已有的数据纠正技术和数据压缩技术融合；其中，所述高速缓存存储器用于存储数据；所述BIST电路用于检测高速缓存以及数据纠正模块中存在的硬错误的位置；所述数据压缩模块用于对数据进行压缩和解压；所述数据纠正模块用于纠正缓存数据存储器中存在的位错误，提高缓存的可用容量；所述数据纠正模块包括ECC存储器、纠错编码器和纠错解码器；

所述纠错编码器在进行缓存写访问时，将写入缓存的数据块划分成多个数据子块，对每个数据子块使用单错校正双错检测(SECDED)的ECC纠错码技术进行ECC编码，生成校验码，将所有子块校验码传入ECC存储器；

所述ECC存储器包括有效状态位(Valid Bits)和多个纠错单元(ECC Unit)，ValidBits用于标记每个纠错单元是否没有硬错误存在，每个纠错单元用于存储该纠错单元的使用状态、ECC纠正的缓存子条目位置索引和校验码；

所述纠错解码器在进行缓存读访问时，对从高速缓存存储器输出的数据和ECC存储器输出的数据子块校验码进行校验，生成校验错误信息，将错误信息表示的错误位位置的值进行翻转纠正，输出至子块压缩器；

所述数据压缩模块包括错误映射存储器、压缩映射存储器、空子块探测器、子块压缩器和子块解压器；

所述错误映射存储器用于存储高速缓存内每条缓存条目(缓存Entry)中可正确存储数据的缓存子条目位置信息；

所述可正确存储数据的缓存子条目包含不存在硬错误的子条目和能够被ECC纠错码纠正的缓存子条目；

所述空子块探测器用于检测写入高速缓存的数据块中各数据位都为0的空子块的位置，生成表示空子块信息的二进制串，结果写入压缩映射存储器并输出至子块压缩器；

所述子块压缩器根据空子块探测器输出的空子块信息和错误映射存储器输出的子条目位置信息进行子块压缩，将输入数据块的非空子块映射到缓存条目中可正确存储数据的缓存子条目中；

所述压缩映射存储器存储每个数据块的空子块信息；

所述子块解压器根据压缩映射存储器输出的空子块信息和错误映射存储器输出的缓存子条目位置信息进行子块解压，将纠错解码器输出的数据映射回压缩前的各数据子块所在的位置，被压缩的数据子块以0填充，生成的完整数据块传输给处理器。

2.一种采用权利要求1所述的近阈值电压下高速缓存多位硬错误的检测及容错装置的检测及容错方法，其特征在于，采用如下步骤对缓存中的数据进行硬错误检测和处理：

(1)初始化错误映射存储器，检测高速缓存存储器中每一缓存条目，如果存在缓存子条目包含硬错误位，错误映射存储器中该子条目对应的状态位置为False，没有硬错误的缓存子条目置为True；

(2)初始化ECC存储器，将ECC存储器中所有数据位都写入0，对ECC存储器中每一条目进行检测，存在硬错误的条目对应的状态位置更新为False；

(3)检测高速缓存中各缓存子条目存在的硬错误数量，能够被ECC纠错码纠正的缓存子条目索引存储到ECC存储器未使用的ECC Unit中，检测缓存条目中每一个缓存子条目，直到所有缓存子条目都已检测或ECC存储器中所有ECC Unit都已使用；

(4)更新错误映射存储器，检测缓存条目中每个有错的缓存子条目是否被ECC纠错码纠正，若缓存子条目索引已存储在ECC存储器中，置对应缓存子条目状态位为False；

(5)在运行过程中进行写访问时，空子块探测器对传入的数据块进行分析，确定其中空子块的位置，生成表示空子块信息的二进制串，将结果输出到压缩映射存储器和子块压缩器；子块压缩器结合空子块信息中缓存条目的缓存子条目位置信息对数据块进行压缩，将非空的子块重新映射到缓存条目中可正确存储数据的缓存子条目；纠错编码器依据提出的保护策略对压缩后的数据使用ECC纠错码技术进行编码，生成对应的校验信息存入ECC存储器对应的ECC Unit中，数据存储到对应的缓存条目中；

(6)在进行读访问时，将对应缓存条目的数据和ECC校验信息读出；纠错解码器对缓存条目中的数据正确性进行校验，如果数据有错误则根据ECC纠错单元的内容进行纠正，再输出给子块解压器，如果数据正确，直接输出给子块解压器；子块解压器通过对应缓存条目的缓存子条目位置信息和空子块信息对数据进行解压，被压缩的缓存子条目位置以0填充，将补全的数据块传输给处理器。

3.如权利要求2所述的检测及容错方法，其特征在于，选择使用二路组相联、四路组相联、八路组相联或更多的多路组相联映射。