一种容软错误的BIST结构

针对深亚微米工艺下瞬态故障引发的软错误可能成为芯片失效的重要原因,提出一种容软错误的BIST结构--FT-CBILBO.该结构对并发内建逻辑块观察器进行改进,通过对多输入特征寄存器进行功能复用,构建双模冗余的容错微结构,并且能有效地降低开销;在触发器输出端插入C单元,可有效地针对单事件翻转进行防护,阻塞瞬态故障引发的软错误.在UMC 0.18μm工艺下的实验结果表明,FT-CBILBO面积开销为28.37%～33.29%,性能开销为4.99%～18.20%.     

一种软硬件结合的控制流检测与恢复方法

控制流检测可以有效地提高微处理器容错能力.针对传统软件实现的控制流检测时空开销大的缺点,提出了一种软硬件结合的控制流检测与恢复方法.该方法通过编译自动插入签名数据,由硬件在分支/跳转指令之后自动执行检测,并且提供了硬件现场保存和恢复机制,检测到控制流错误后无需复位系统即可以快速恢复正常控制流.基于8051体系结构实现了软硬件结合的控制流检测与恢复方法,实验结果表明与传统的软件控制流检测相比,该方法在保持相同的错误检测率的情况下,可以大幅减小二进制代码量和额外的性能开销,在发生控制流错误以后可以快速恢复正常控制流.     

基于级联森林的控制流错误检测优化算法

在单粒子翻转引起的瞬时故障中,控制流错误占很大比例．主流的控制流错误软件检测方法依靠插桩标签来检测控制流错误．但基于标签的检测算法很难在标签插桩的开销和错误检测率之间找到一个平衡．本文提出一种智能的基本块拆分方法,在不用修改原有检测算法的基础上,提升控制流错误的检测率,同时尽可能的减小额外开销．首先,使用GDB调试工具和LLVM Pass文件,对程序进行故障注入实验并提取特征;其次,使用级联森林模型筛选出程序中易发生控制流错误的基本块,并对其进行智能拆分,使基于标签的检测算法能够在拆分点进行标签插桩;最后,在单标签算法CFCSS和双标签算法RCFC上进行验证实验,均取得很好的实验效果．本文提出的方法几乎可以在所有的基于标签的检测算法上使用,并能在提高检错能力的同时,具有较低的时空开销．     

基于内建自测的软错误与老化在线检测

负偏置温度不稳定性为主的老化会造成时序违规故障及软错误故障。为此,提出软错误与老化在线检测器(SEAOS)。在器件正常工作的情况下,在线检测上述2种故障。复用并发内建逻辑块观察器,使得硬件开销不超过30%。实验结果表明,在0.18 μm工艺尺寸下,与经典检测结构相比,SEAOS有较好的检测能力,且硬件开销较少。     

采用基本块规约的控制流检测性能优化方法

控制流检测是抵御单粒子事件的有效手段之一.目前的主流方法是采用嵌入式签名技术, 但是该技术引入的检测指令过多, 导致程序效率低下. 本文使用基本块规约的技术, 在原基本块的基础上, 选择合适的约束量重新划分基本块, 减少引入的检测指令. 与8个常见算法的性能比较表明, 该方法在软错误检测覆盖率基本不变的前提下,能有效提高目标程序效率.     

一种辐射环境下瞬时故障的软件检测方法

空间辐射环境中,大量的宇宙射线经常导致星载计算机出现瞬时故障,这些瞬时故障致使程序执行出现数据错误或者控制流错误。针对瞬时故障导致的程序错误,本文提出了一种软件实现的故障检测算法SITFT,它结合软件复算和标签分析的方法,既可以检测程序运行中的数据错误,又可以有效检测控制流错误。故障注入实验的结果表明,SIT-FT算法在性能开销比源程序增加58%～111%,存储开销增加153%～225%的前提下,使程序执行出现错误结果的情形比源程序减少了49.0%～73.2%。     

一种基于虚拟基本块和格式化标签的控制流检测方法

空间辐射环境中,大量的宇宙射线经常导致星载计算机出现瞬时故障,这些故障的主要影响之一是引发程序控制流错误.文中提出了一种软件实现的控制流检测方法CFCAF.CFCAF基于插入虚拟基本块后的控制流图对基本块分类,并为基本块设计格式化标签,然后在基本块内插装标签更新、比较指令,实现对基本块之间、基本块内和过程间调用的控制流检测.CFCAF的特点是可以根据可靠性和性能的需求进行灵活配置.对CFCAF及目前有代表性的两个同类算法进行的故障注入实验结果表明,CFCAF算法以平均41.7%的性能代价和平均34%的空间代价,使程序的平均失效率降到了5.2%,在3个同类算法中,CFCAF算法具有较低的时空开销和最高的可靠性.     

面向星载操作系统的控制流错误检测方法

空间高能粒子辐射严重影响航天计算的可靠性,必须采取有效措施对其进行加固。相比使用抗辐射器件,使用软加固的商用器件具有性能高、成本低、开发速度快等优势。然而,目前的软加固研究主要适用于应用程序,对操作系统软加固方法的研究还较少。鉴于此,提出了一种面向星载操作系统的控制流错误检测方法。该方法结合星载操作系统自身特点,着眼于线程执行,将每个线程视为一个函数调用序列,通过在函数入口和出口处插入检测语句,监测各线程的执行,实现控制流错误检测。实验结果表明,该方法能将星载操作系统的控制流错误覆盖率提高约25%。     

片上多核处理器容软错误执行模型

随着工艺的进步,微处理器将面临越来越严重的软错误威胁.文中提出了两种片上多核处理器容软错误执行模型:双核冗余执行模型DCR和三核冗余执行模型TCR.DCR在两个冗余的内核上以一定的时间间距运行两份相同的线程,store指令只有在进行了结果比较以后才能提交.每个内核增加了硬件实现的现场保存与恢复机制,以实现对软错误的恢复.文中选择的现场保存点有利于隐藏现场保存带来的时间开销,并且采用了特殊的机制保证恢复执行和原始执行过程中load数据的一致性.TCR执行模型通过在3个不同的内核上运行相同的线程实现对软错误的屏蔽.在检测到软错误以后,TCR可以进行动态重构,屏蔽被软错误破坏的内核.实验结果表明,与传统的软错误恢复执行模型CRTR相比,DCR和TCR对核间通信带宽的需求分别降低了57.5%和54.2%.在检测到软错误的情况下,DCR的恢复执行带来5.2%的性能开销,而TCR的重构带来的性能开销为1.3%.错误注入实验表明,DCR能够恢复99.69%的软错误,而TCR实现了对SEU(Single Event Upset)型故障的全面屏蔽.     

基于SRAM结构的FPGA抗辐射布局算法

分析由辐射造成的单粒子翻转(SEU)软错误,在通用布局布线工具的基础上,提出一种基于SRAM结构的现场可编程门阵列 (FPGA)抗辐射布局算法。该算法通过优化电路单元在FPGA中的布局位置,减少布线资源开路敏感错误、短路敏感错误以及SEU敏感点的数目。测试结果表明,该算法能减少SEU软错误,提高FPGA的抗辐射性能,并且无需增加额外的设计成本和硬件开销。     

Virtex-5系列SRAM型FPGA单粒子效应重离子辐照试验技术研究

针对SRAM型FPGA在空间辐射环境下易发生单粒子效应,影响星载设备正常工作甚至导致功能中断的问题,开展了SRAM型FPGA单粒子效应地面辐照试验方法研究,提出了配置寄存器和BRAM的单粒子翻转效应测试方法,并以Xilinx公司工业级Virtex-5系列SRAM型FPGA为测试对象,设计了单粒子效应测试系统,开展了重离子辐照试验,获取了配置寄存器、BRAM以及典型用户电路三模冗余前与三模冗余后的单粒子翻转效应试验数据和器件单粒子闩锁试验数据,最后利用在轨预示分析软件针对高轨环境进行了在轨翻转率分析计算,可为该器件的空间应用辐射敏感性分析提供基础数据与加固设计指导。     

TMR故障注入与验证方法研究与实现

从系统验证和FPGA物理原型验证两个方面,分析了TMR结构的注错方式及其验证方法;通过在TMR结构中嵌入注错逻辑,并将所有组TMR寄存器的注错控制信号统一命名,作为系统的输入,根据随机生成的注错信息,索引对应的TMR寄存器,可实现向对用户透明的任意TMR组中注错;将每组TMR寄存器的参考点和观测点引到设计的顶层统一命名,作为待测系统的输出,可适时观测对应TMR寄存器组的注错情况,分析故障电路的行为;为了解决调试机与FPGA板连接的引脚数受限的问题,特别设计了注错控制器和故障收集器;根据具体的注错情况,可编写对应的测试程序,验证设计的正确性,实验结果表明,SOC系统的错误故障率约占18.6%;为系统的可靠性评估提供了依据。     

双立互锁单元单粒子效应加固方法研究

经典双立互锁单元主从型触发器存在由逆向驱动引起的单粒子翻转情况。为此,通过在主从两级之间插入缓冲器阻断反向驱动路径来解决该问题。对一款双立互锁加固芯片进行地面重粒子实验,实验结果显示,改进型双立互锁单元触发器不仅能消除单粒子功能中断,而且能减少单粒子翻转情况。     

基于跨语言数据增强的事件同指消解方法

事件同指消解是一个具有挑战性的自然语言处理任务,它在事件抽取、问答系统和阅读理解等任务中发挥着重要作用.现存的事件同指消解语料库的一个问题是标注规模较小,无法训练出高效能的模型.为了解决上述问题,该文提出了一个基于跨语言数据增强的事件同指消解神经网络模型ECR_CDA(Event Coreference Resolut...     

应用使能检测单元的抗辐射数字像素图像传感器

介绍了一种经过抗辐射设计加固的 CMOS 数字像素图像传感器,并提出了一种可以抵抗单粒子效应的使能检测单元。这个使能检测单元通过将信号传输给三个移位寄存器并判断寄存器输出是否一致来判断和屏蔽单粒子效应。实验结果表明：芯片的最大信噪比和动态范围分别是54.15 dB 和56.10 dB,使能检测单元可以屏蔽单粒子效应。     

一款抗单粒子效应的32位微处理的设计

随着半导体生产工艺的不断进步,以单粒子效应为主的软错误已经成为影响集成电路可靠性的主要因素之一。在当前生产工艺下,不但应用在航空航天,高能物理等环境下的集成电路需要针对性的保护设计,一般条件下应用的民用设计也需要考虑这方面的影响。本文通过一系列手段对一款32位嵌入式微处理器进行了加固,使其具备了抗单粒子效应的能力。通过模拟验证,与未加固的处理器对比,处理器加固后的错误率有了极大的下降,从而证明了加固方法的有效性。     

TS-1．1小卫星星务计算机RAM纠检错电路的设计与实现

星载嵌入式容错计算机的可靠运行在很大程度上依赖于系统中存储模块的可靠设计。本文针对空间环境的故障形式，提出了采用EDAC（纠检错设计）技术对哈大工研制的TS－1．1小卫星存储模块进行设计的方法，介绍了利用纠检错处理芯片进行的对EDAC控制电路的优化设计，并可靠地实现了应用于TS－1．1卫星系统中的存储模块容错设计。     

SRAM型FPGA单粒子辐照试验系统技术研究

单粒子辐射效应严重制约FPGA的空间应用,为提高FPGA在辐射环境中的可靠性,深入研究抗辐射加固FPGA单粒子效应评估方法,设计优化单粒子效应评估方案,开发相应的评估系统,提出基于SRAM时序修正的码流存储比较技术和基于SelectMAP端口配置回读技术。借助国内高能量大注量率的辐照试验环境,完成FPGA单粒子翻转（SEU）、单粒子闩锁（SEL）和单粒子功能中断（SEFI）等单粒子效应的检测,试验结果表明,该方法可以科学有效地对SRAM型FPGA抗单粒子辐射性能进行评估。     

阱接触面积对PMOS单粒子瞬态脉冲宽度的影响

使用TCAD模拟工具分析了纳米工艺下阱接触面积对PMOS SET脉冲宽度的影响。结果表明,纳米工艺下,当存在脉冲窄化效应时,增加阱接触面积会导致SET脉冲变宽,这与传统的通过增加阱接触面积可抑制SET脉冲的观点正好相反。同时,还分析了不同入射粒子LET值以及晶体管间距条件对该现象的作用趋势。     

复杂电磁干扰环境下的C6000 DSP自举方法

对TMS320C620X／670XDSP的存储结构和特点进行分析,采用分两次生成ROM文件的方式实现TMS320C620X／670XDSP自举,并阐述了该自举方法的关键过程。通过该自举方法,程序在片内RAM中执行,预置参数和常量从外部ROM中读取。结合软件三模冗余,该自举方法可以防止复杂电磁干扰环境下单粒子翻转效应。该方法已得到实际应用,行之有效。