[发明专利]一种基于冷备份双模检错码的LUTRAM自修复结构及自修复方法

说明书

本发明公开了一种基于冷备份双模检错码的LUTRAM自修复结构及自修复方法，该自修复结构包括两个热备份子模块、一个冷备份子模块和控制模块，分别构成基于双模检错码刷新和基于冷备份检错码替换的修复结构，可提高查找表存储器LUTRAM瞬时故障和永久故障情况下的可靠性，并提出基于上述结构的瞬时故障和永久故障自修复方法，为FPGA存储器自修复方法设计提供一种新思路。

技术领域

本发明属于可重构硬件容错方法设计领域，具体涉及应用于现场可编程门阵列FPGA存储器容错设计的LUTRAM自修复结构及自修复方法。

背景技术

SRAM型FPGA作为可编程ASIC(Application Specific Integrated Circuit)，其可随时改变逻辑功能且逻辑资源丰富，具有灵活性、并行性和集成性三高的特点，被广泛应用于空天环境下的航天电子设备中，LUTRAM是由FPGA逻辑单元内LUT构建的更小更快的存储器，可提供对存储器内容的更好访问。目前，FPGA内所有SRAM型电路器件都极易受高强度辐射的影响，易发生单粒子效应，LUTRAM同样也作为SRAM型存储器件，受单粒子效应影响极有可能发生存储位翻转甚至永久失效的故障，若不修复故障会严重影响到系统的正常运转，从而不得不考虑其可靠性问题，故本发明主要针对解决LUTRAM的可靠性问题。

由于单粒子效应对器件产生影响的性质不同，可分为瞬时故障和永久故障，瞬时故障效应是可恢复性故障，而永久故障是不可恢复性故障。LUTRAM虽有较高瞬时故障比例，但仍存在永久故障比例，且一旦发生永久故障其影响远高于瞬时故障，故在解决LUTRAM瞬时故障同时更需要考虑永久故障问题。

目前提高LUTRAM存储器可靠性的容错方法，包括双模检错码DEDC(Double ErrorDetection Code)、三模冗余TMR(Triple Mode Redundancy)、纠错码ECC(ErrorCorrection Code)和存储器刷新Memory-Scurbbing；双模检错码DEDC(Double ErrorDetection Code)其基本原理是通过编码检测出故障，然后双模比较故障情况只选择输出无故障模块数据；三模冗余TMR(Triple Mode Redundancy)其基本原理是将数据进行多个热备份，通过多数表决只输出正确结果；纠错码ECC(Error Correction Code)其基本原理是对数据增加校验码并存入存储器，通过译码检纠错也只输出正确结果；以上方法只屏蔽故障而不修复故障。存储器刷新Memory-Scurbbing分为周期性地刷新或非周期性地刷新，周期性刷新是定期进行的操作，非周期性的刷新是在读取故障存储单元时才进行的操作，此方法更适用于小型存储器(例如LUTRAM)，其基本原理是利用输出的正确数据回写故障单元，该方法可实现LUTRAM故障修复，但需要定位故障单元。

通过组合故障屏蔽和修复方法同时实现故障定位和刷新修复，且当LUTRAM故障检测、定位与修复由系统自主控制时，则可称为LUTRAM自修复方法。故形成的自修复方法可有DEDC-Scurbbing、TMR-Scurbbing和ECC-Scurbbing。TMR-Scurbbing自修复方法消耗较多的控制和存储资源，而ECC-Scurbbing自修复方法的电路较为复杂，DEDC-Scurbbing自修复方法相比TMR-Scurbbing会降低资源消耗，同时相比ECC-Scurbbing会减少算法电路复杂度，故更适用于解决LUTRAM的瞬时故障问题。

当采取DEDC-Scurbbing自修复方法时，实现瞬时故障自修复的可能性取决于故障单元的定位刷新，因此需要事先定位故障存储单元，实现瞬时故障刷新自修复。但上述DEDC-Scurbbing自修复方法仍不能解决永久故障自修复问题，当采取LUTRAM存储器中的故障率低冗余单元(冷备份单元)替换永久故障单元时，实现永久故障自修复的可能性取决于故障类型的判断条件和故障单元的替换结构，因此定义一个判断条件以确定永久故障，并利用冷备份故障率低特点，实现永久故障替换自修复。

发明内容