[发明专利]一种浮点处理单元的可靠性优化系统和方法

说明书

本发明提供一种浮点处理单元的可靠性优化系统和方法，在指数检测预测模块之前先将两个操作数进行预处理，在进行加法操作和乘法操作时，被加数或者被乘数符号位不变，在减法操作时对被减数的符号进行取反操作，再将操作码和操作数的符号位、指数部分以及尾数部分分别送入指数检测预测模块，通过该模块进行指数预测。指数检测模块将可能的两个指数中较小的作为输出传入检错单元，检错单元将指数检测预测模块的输出结果和所述输出结果递增+1结果与浮点处理单元运算结果的指数同时进行对比，只有两个比较都失败了才会输出运算结果错误的信号。本发明对浮点指数进行检测预测的方法不仅能检测到较大范围的瞬态错误，而且开销很低。

技术领域

本发明涉及支持加法操作、减法操作及乘法操作的浮点处理单元的可靠性领域，确切的说，是一种新型的浮点处理单元检错方法，该方法可以对浮点单元运算可靠性问题进行有效的改善。

背景技术

由于随着浮点处理单元(FPU)性能的提高、相关集成电路工艺尺寸的减小，电源电压的减小和频率的增大，令FPU对一些电磁干扰、串扰以及各种辐射等各种噪声干扰变得更加敏感，因此这些干扰极有可能会引起FPU的电路会发生错误的操作，使得FPU的可靠性大大降低。在FPU所属的数字集成电路的范围内，单粒子效应对电路可靠性的影响尤为重要，主要的单粒子效应所造成的错误有软错误和硬错误两种。硬错误是由于电路单元产生了不可恢复故障引起的，是永久性的错误；而软错误则是由于噪声干扰或者高能粒子撞击而引起的瞬态错误，是可以恢复的错误，当粒子轰击集成电路时，会在通过的路径上形成电子/空穴对，这些电子/空穴对在电场力的作用下漂移和扩散，最终被电极收集，产生瞬时电流，并在轰击节点形成电压脉冲，有可能造成软错误。研究表明，计算机系统中80-90％的失效都是由于瞬态故障引起的，这说明在FPU中主要的故障都是由软错误引起的。所以目前对数字电路中的软错误敏感度的降低及对电路进行故障防护已经成为研究的热点。

目前对FPU数据路径上面的错误检测/纠正都有了进一步的研究，常见的方法有复制，三模冗余(TMR)技术等。虽然对浮点处理单元进行复制的方法简单且适用于所有设计，但是100％的面积开销及产生的额外延时等问题也让该方法无法具有很大的吸引力。三模冗余(TMR)和复制具有同样的性质，虽然三模冗余(TMR)还具有纠错这一优点，但200％的面积开销同样让人望而却步。因此，在对浮点处理单元进行商业设计时，这些方法都有很大的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是现有浮点处理单元检错纠错方法面积开销大，应用不灵活等原因导致的局限性。

基于上述目的，本发明提出了一种浮点处理单元的可靠性优化系统，包括：

数据预处理模块、指数检测预测模块和检错单元；

所述数据预处理模块用于同时接收输入所述浮点处理单元的数据，并进行预处理；

所述指数检测预测模块用于接收所述预处理的结果，并进行指数预测；

所述检错单元用于接收所述指数预测的结果和所述浮点处理单元运算得到的FPU计算指数，比较所述指数预测的结果和FPU计算指数，以判断所述浮点处理单元的运算结果是否错误。

进一步地，所述输入所述浮点处理单元的数据包括两个操作数和操作码。

进一步地，所述预处理的过程包括：

在两个操作数进行加法操作和乘法操作时，被加数或者被乘数符号位不变，在减法操作时对被减数的符号进行取反操作，将减法操作转换为加法操作，再将操作码和操作数的符号位、指数部分以及尾数部分分别输入指数检测预测模块。

进一步地，所述指数检测预测模块将可能的两个指数中较小的作为输出传入检错单元。