[发明专利]一种空间设备的TCAM抗辐照防护方法

摘要

本发明公开了一种空间设备的TCAM抗辐照防护方法。技术方案是首先构建由刷新周期计算模块、刷新控制模块、ECC编码模块、ECC解码纠错模块组成的TCAM抗辐照防护系统；刷新周期计算模块确定刷新周期值tsp，刷新控制模块根据tsp执行对RAM的刷新控制，ECC解码纠错模块对从RAM中读取的数据进行解码纠错；当ECC编码模块收到刷新控制逻辑的写使能信号时，ECC编码模块将数据写入RAM，若未收到写使能信号，ECC编码模块接收ECC纠错解码模块发送的解码并纠错后的数据，对数据重新进行ECC编码。采用本发明无需在TCAM内部连接专门的纠错编码电路，既避免了TCAM的频繁刷新，又实现了对错误数据纠错，有效解决了TCAM器件在太空中的数据抗辐照存储保护问题。

主权项

1.一种空间设备的TCAM抗辐照防护方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，构建TCAM抗辐照防护系统，TCAM抗辐照防护系统由刷新周期计算模块、刷新控制模块、ECC编码模块、ECC解码纠错模块组成；TCAM抗辐照防护系统与RAM、TCAM、用户端相连；TCAM抗辐照防护系统从用户端接收参数，计算刷新周期值tsp，向RAM发送刷新控制信号，对RAM中存储的数据按地址逐步进行ECC解码纠错和编码，将纠正后的数据发送给TCAM；刷新周期计算模块是一个软件，它从用户端接收参数，对参数进行计算，得到抗辐照防护系统所需要的刷新周期值t_sp，将t_sp发送给刷新控制模块；刷新控制模块与刷新周期计算模块、RAM存储器、ECC编码模块、ECC解码纠错模块、TCAM相连，它从刷新周期计算模块接收刷新周期值t_sp，根据t_sp产生刷新控制信号ctrl_scrub，将ctrl_scrub发送给RAM和ECC解码纠错模块，控制ECC解码纠错模块读RAM中的数据；当从ECC编码模块接收到编码结束信号eoc时，刷新控制模块将写使能信号分别发送给RAM和ECC编码模块，控制ECC编码模块将数据写到RAM中；刷新控制模块由刷新控制逻辑、初始状态控制寄存器、计时器、刷新周期寄存器、时间比较器、地址寄存器、RAM最大地址寄存器、地址比较器组成；初始状态控制寄存器与刷新周期计算模块、刷新控制逻辑相连，负责存储t_sp；计时器与时间比较器、刷新控制逻辑相连，负责计时；刷新周期寄存器与时间比较器、刷新控制逻辑、刷新周期计算模块相连，负责存储刷新周期值t_sp；时间比较器与计时器、刷新周期寄存器、刷新控制逻辑相连，比较计时器和刷新周期寄存器的值，当t＜t_sp时，时间比较器输出为0；当计时器的值t≥t_sp时，时间比较器输出为1；地址寄存器与地址比较器、刷新控制逻辑、TCAM、RAM相连，负责指示读写RAM和TCAM的当前数据位置；RAM最大地址寄存器与地址比较器相连，负责存储RAM的最大地址值N；地址比较器与刷新控制逻辑、RAM最大地址寄存器、地址寄存器相连，负责比较地址寄存器和RAM最大地址寄存器的值，判断地址寄存器所指示的地址是否超出了RAM的最大地址值，当地址寄存器的值小于等于N时，地址比较器输出为0；当地址寄存器的值大于N时，地址比较器输出为1；刷新控制逻辑与初始状态控制寄存器、计时器、时间比较器、刷新周期寄存器、地址比较器、地址寄存器、ECC编码模块、ECC解码纠错模块、RAM存储器相连，负责对初始状态控制寄存器、计时器、刷新周期寄存器、地址寄存器、RAM、ECC编码模块、ECC解码纠错模块进行控制；刷新控制逻辑是一个状态机，由空闲、产生刷新控制信号、写RAM、更新地址寄存器、一次刷新完成，等待下一次刷新5个状态组成；ECC解码纠错模块与RAM存储器、TCAM存储器、ECC编码模块、刷新控制逻辑相连；它从刷新控制逻辑接收到刷新控制信号ctrl_scrub后，从RAM存储器读取地址寄存器所指示的RAM地址中的数据，对数据解码纠错，将解码纠错后数据送给TCAM存储器和ECC编码模块；ECC编码模块与ECC解码纠错模块、RAM存储器、刷新控制逻辑相连，它从ECC纠错解码模块接收解码后数据，对解码后数据进行编码，待编码完成后产生编码结束信号eoc，将eoc发送给刷新控制逻辑，待接收刷新控制逻辑的写使能信号后，ECC编码模块将编码后数据写入地址寄存器所指示的RAM地址；第二步，TCAM抗辐照防护系统加电，刷新控制逻辑进入空闲状态；地址寄存器、刷新周期寄存器、初始状态控制寄存器全置0，RAM最大地址寄存器置N；第三步，刷新周期计算模块获取参数信息，通过计算获得TCAM存储器失效概率随时间变化曲线，根据该曲线确定刷新周期值t_sp；步骤3.1，刷新周期计算模块从用户端获得以下信息：3.1.1采用文献《通过计算刷新时间降低TCAM设备中的软错误的方法》中第7页介绍的方法获得单位时间内发生粒子翻转的平均次数λ和发生多粒子翻转的比重值r；r是反映存储器中发生多粒子翻转所占比重的量，0≤r≤1；3.1.2从TCAM硬件尺寸获得TCAM存储器的字长、字宽和容量M，M是远大于1的整数，M表示TCAM的存储单元数；3.1.3将λ、r、M输给刷新周期计算模块；步骤3.2，刷新周期计算模块计算复合泊松模型下的TCAM存储器失效概率随时间变化曲线：3.2.1建立复合泊松模型，描述时刻tTCAM发生X次粒子翻转事件的概率P(X,t)，即：P(X,t)=ΣY=0X(λt)Ye-λtY!fY*(X)=ΣY=1X(λt)Ye-λtY!CX-1Y-1rX-Y(1-r)Y,]]>X=0,1,2…;0<r<1;λ>0    (2)是f_x关于Y的卷积，其中fx=r^x-1(1-r)，Y是单位时间内发生翻转的次数；3.2.2采用公式（7）计算TCAM在t时刻发生X次粒子翻转失效的概率P_f(X)Pf(X)=23Mp(2-p)=13(2-12M)---(7);]]>3.2.3计算复合泊松模型下的TCAM存储器失效概率随时间变化曲线，时刻t，TCAM存储器发生失效的概率为：F(t)=ΣX=1∞P(X,t)Pf(X)≈ΣX=1∞ΣY=1∞(λt)Ye-λtT!CX-1Y-1(1-r)Y13(2-12M)---(8)]]>（8）式为TCAM存储器失效概率随时间变化函数，由（8）式得到失效概率随时间变化曲线，其中，曲线纵坐标为失效概率F(t)，横坐标为刷新时间t；步骤3.3，刷新周期计算模块根据设备允许的失效概率确定刷新周期值t_sp：根据设备允许的失效概率，在失效概率随时间变化曲线上选择纵坐标的值，然后在失效概率随时间变化曲线上选择对应的横坐标的值即为刷新周期值t_sp；步骤3.4，刷新周期计算模块将刷新周期值t_sp发送给刷新控制模块的刷新周期寄存器；第四步，刷新控制模块从刷新周期计算模块获得刷新周期值t_sp，执行对RAM的刷新控制，具体流程为：步骤4.1初始状态控制寄存器和刷新周期寄存器从刷新周期计算模块接收t_sp并进行存储；刷新控制逻辑从初始状态控制寄存器读取t_sp，进入产生刷新控制信号状态；步骤4.2当刷新控制逻辑接收到编码结束信号eoc时，进入写RAM状态，转4.3；否则刷新控制逻辑将计时器复位为0，将初始状态控制寄存器置0，向RAM的读使能端和ECC解码纠错模块信号输入控制端ctrl_in发送刷新控制信号ctrl_scrub，并给计时器发送开始计时信号，转第五步；步骤4.3刷新控制逻辑发送写使能信号到RAM的写使能端和ECC编码模块信号输出控制端ctrl_out，控制ECC编码模块将数据写入地址寄存器所指示的RAM地址，转第六步；步骤4.4刷新控制逻辑将写使能信号置为无效，地址寄存器加1，地址比较器比较地址寄存器与RAM最大地址寄存器的值，当地址寄存器所指示的地址小于或等于RAM最高地址N时，刷新控制逻辑进入产生刷新控制信号状态，转步骤4.2；当地址寄存器所指示的地址大于RAM最高地址N时，刷新控制逻辑进入转为一次刷新完成，等待下一次刷新状态，转步骤4.5；步骤4.5刷新控制逻辑将地址寄存器置0，一次刷新完成，时间比较器将计时器和刷新周期寄存器中的值t_sp比较，当计时器值大于或等于t_sp时，转步骤4.6，进入下一次刷新；否则转步骤4.5；步骤4.6当刷新控制逻辑接收到编码结束信号eoc时，进入写RAM状态转4.3；否则刷新控制逻辑将计时器复位为0，进行下一次刷新；向RAM的读使能端和ECC解码纠错模块信号输入控制端ctrl_in发送刷新控制信号ctrl_scrub，并给计时器发送开始计时信号，转第五步；第五步，ECC解码纠错模块接收刷新控制信号ctrl_scrub，读RAM中地址寄存器所指示的RAM地址中的数据，对数据进行解码纠错，并将解码纠错后的数据送给ECC编码模块和TCAM；方法是：步骤5.1ECC解码纠错模块信号输入控制端ctrl_in接收到刷新控制信号ctrl_scrub后，读地址寄存器所指示的RAM地址中的数据；步骤5.2ECC解码纠错模块对读出的数据解码纠错；步骤5.3ECC解码纠错模块将解码并纠错后的数据送给ECC编码模块和TCAM；第六步，当ECC编码模块收到刷新控制逻辑的写使能信号后，ECC编码模块将数据写入地址寄存器所指示的RAM地址，待写操作完成后，转步骤4.4，否则ECC编码模块接收ECC纠错解码模块发送的解码并纠错后的数据，对数据重新进行ECC编码，编码完成后产生eoc，将eoc发送给刷新控制逻辑，转步骤4.2。