一种SoC芯片的可靠性实时保护方法技术

本发明专利技术公开了一种SoC芯片的可靠性实时保护方法，包括以下步骤：从片上系统的软、硬件出发，系统性提出一种可靠性实时保护方法，具体包括：1、提出一种基于硬件计数器的片上系统时域保护机制，通过超时错误检测功能，防止处理器被某一个具体应用过度占用；2、提出一种片上系统空间域保护机制，既可以防止错误的发生，同时可以防止错误在片上系统中的扩散；3、提出一种硬件错误检测与片上系统实时处理机制。本发明专利技术基于SoC可靠性需求，分别从片上系统的时域、空间域，提出相关基础性保护机制，确保SoC系统运行时的可靠性。此外，通过错误检测、分类，并为各类错误定制处理策略，提高SoC系统对各种错误可能性的应对能力，保证SoC片上系统的可靠性。

A Real-time Reliability Protection Method for SoC Chips

【技术实现步骤摘要】
一种SoC芯片的可靠性实时保护方法
本专利技术涉及片上系统
，尤其涉及一种SoC芯片的可靠性实时保护方法。
技术介绍
随着工控嵌入式、物联网嵌入式的发展，嵌入式软件技术在实时控制中所扮演的角色越来越重要。嵌入式实时操作系统，电子软件的基础组成部分，不仅面临着标准化的挑战，在可靠性方面的需求也日益增加。传统的嵌入式系统开发中，系统的功能都是优先考虑的。但随着硬件越来越强大，大多数电子控制器的性能均有剩余，而嵌入式软件开发方法也得到很大的进步。嵌入式实时系统开发不再局限于功能性的开发，非功能性需求也越来越重要。对于嵌入式实时系统，可靠性是非功能性需求的重要体现。尤其是各汽车厂商各自开发系统软件，从OSEK/VDX规范的发布，到AUTOSAR组织的成立，以及ISO26262国际标准的发布，体现了汽车厂商对于软件系统兼容性、可靠性等的重视。对于嵌入式实时系统的可靠性，必须保证系统长期、稳定的运行。大多数实时操作系统中，均采用优先级抢占式调度方法，该调度策略的优势在于，能够快速的对更高优先级的任务响应和调度。但若这些高优先级的任务，在运行过程中发生错误或异常，不能正确的退出或终止，那么操作系统将不能对其他低优先级的任务进行调度，系统的正确性得不到保证，最终将导致整个系统的失效。同样的，对于系统中断、资源的占用等都存在类似的问题，也即由于任务或中断在运行时的错误导致系统的错误。而另一方面，过去由于电子控制单元性能低下，不同的应用常常是位于不同的硬件单元上，但随着电子元件生产技术和工艺的提高，现在一个电子控制单元的功能越来越多，性能也越来越高，越来越多的应用可以由一个电子控制单元来完成。当不同的应用程序可以在同一个控制单元上运行时，必须保证各个应用之间不能相互干扰，即使某一个应用出现故障，但不影响其他应用的正确运行，做到空间上的隔离。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种SoC芯片的可靠性实时保护方法，根据SoC嵌入式应用的可靠性需求，分别从时域、空间域提出片上系统基础保护硬件机制，确保系统运行时的可靠性。此外，通过错误硬件实时检测与错误处理策略，提高SoC嵌入式实时系统对错误的应对能力，保证片上系统的可靠性。本专利技术提出的一种SoC芯片的可靠性实时保护方法，包括以下步骤：S1：提出一种基于硬件计数器的片上系统时域保护机制；通过超时错误检测功能，防止处理器被某一个具体应用过度占用；确定待保护的片上系统时域对象；通过硬件计数器实现片上系统硬件定时功能，保证SoC系统的实时性；提供片上系统定时保护的硬件计数器，满足以下功能：①、具有多个定时通道，能够为不同类型的时域对象提供硬件实时监控功能；②、每个定时通道，能产生独立的超时中断，以区分片上系统具体的超时类型；为时域对象建立时间监测机制，若时域对象在运行时发生错误，触发时域错误处理系统；S2、提出一种空间域的片上系统保护机制；该机制既可以防止错误的发生，同时可以防止错误在嵌入式实时系统中的扩散；①、提出一种应用分区模型，通过内存管理单元为系统建立分区存储保护，结合处理器的特权模式和应用分区，将可信应用和不可信应用隔离开来，实现分区的隔离保护；②、为应用分区建立内存区域和页表项，实现物理内存区域的分配；对操作系统和应用的内存区域，按以下方式进行划分，并借助编译器实现；a、在程序编译过程中，对所有的源代码进行输入段的划分；b、在程序链接过程中，由编译器跟进链接脚步，对源代码进行段的划分；③、增加、修改嵌入式实时操作系统代码，实现空间域的保护机制；④、提出一种MMU硬件管理框架，确保汽车电子SoC保护机制的实时性；MMU硬件管理框架包括MMU的初始化、内存访问的异常处理以及TLB页表的置换；S3、提出一种硬件错误检测与实时处理机制；系统保护机制检测到错误发生时，在第一时间调用系统错误处理系统，然后错误处理系统根据可靠性保护策略，进行错误处理；①、对可能发生的错误进行检测及分类；错误检测的主要对象包括数值类错误、时间类错误和空间类错误；②、对不同类型的错误制定处理策略；系统根据错误代码，提供相应的错误处理决策。优选地，所述步骤S1中，实时系统中的超时错误主要有任务执行时间错误、中断执行超时、共享资源占用超时等，具体包括：①、任务运行时间；②、任务到达的间隔时间；③、任务关闭全局中断的时间；④、中断运行时间；⑤、中断到达的间隔时间；⑥、中断服务程序关闭全局中断的时间；⑦、任务持有共享资源的时间。优选地，所述步骤S2中，在没有空间保护的操作系统中，任务、中断与操作系统内核运行于相同的特权等级，能够使用全部的内存空间；具有空间保护机制后，必须将任务、中断与操作系统的运行隔离开。优选地，所述步骤S3中，数据类错误为参数、变量和消息的值错误、指针参数为空、任务状态错误；时间类错误为系统已通过硬件计数器为任务/中断运行时间、关中断时间以及资源占用时间建立保护机制，空间错误有以下两种情况：由于读写数据的地址不属于应用的数据区域引起的TLB数据未命中错误；由于执行指令的地址不属于应用的代码区域引起的TLB指令未命中错误。本专利技术具有以下有益效果；1、提出一种基于硬件计时器的时域保护机制，通过超时错误检测功能，防止处理器被某一个应用过度占用，具体包括：①、明确待保护的时域对象，实时系统中的超时错误主要有任务执行时间错误、中断执行超时、共享资源占用超时等；②、通过硬件计数器实现定时功能，保证SoC系统的实时性；③、为时域对象建立时间监测机制，若时域对象在运行时发生错误，触发时域错误处理系统；2、提出一种空间域保护机制，既可以防止错误的发生，同时可以防止错误在系统中的扩散；①、提出一种应用分区模型，通过内存管理单元为系统建立分区存储保护，结合处理器的特权模式和应用分区，将可信应用和不可信应用隔离开来，实现分区的隔离保护；②、为应用分区建立内存区域和页表项，实现物理内存区域的分配；③、增加、修改嵌入式实时操作系统代码，实现空间域的保护机制；④、提出一种MMU硬件管理框架，确保汽车电子SoC保护机制的实时性，MMU硬件管理框架包括MMU的初始化、内存访问的异常处理以及TLB页表的置换；3、提出一种硬件错误检测与实时处理机制；系统保护机制检测到错误发生时，在第一时间调用系统错误处理系统，然后错误处理系统根据可靠性保护策略，进行错误处理。附图说明图1为系统性制定可靠性实时保护方法；图2为时域保护机制的系统框图；图3为硬件计数器的系统框图；图4为空间域保护机制的系统框图；图5为应用分区模型的系统框图；图6为错误检测与错误处理的流程图；图7-10分别为应用分区的分配、存储空间的分配、页表存储信息和错误处理代码的对照图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步解说。一种面向SoC芯片的可靠性实时保护方法，包括以下步骤：包括以下步骤：S1：提出一种基于硬件计数器的片上系统时域保护机制；通过超时错误检测功能，防止处理器被某一个应用过度占用；确定待保护的片上系统时域对象；通过片上系统硬件计数器实现定时功能，保证SoC系统的实时性；提供定时保护的硬件计数器，满足以下功能：①、具有多个定时通道，能够为不同类型的时域对象提供监控功能；②、每个定时通道，能产生独立的超时中断，以区分具体的超时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SoC芯片的可靠性实时保护方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提出一种基于硬件计数器的片上系统时域保护机制；通过硬件超时错误检测功能，防止处理器被某一个具体应用过度占用；确定待保护的片上系统时域对象；通过硬件计数器实现片上系统定时功能，保证SoC系统的实时性；提供片上系统定时保护的硬件计数器，本专利技术满足以下功能：①、具有多个片上系统硬件定时通道，能够为片上系统不同类型的时域对象提供硬件实时监控功能；②、每个片上系统的硬件定时通道，能产生独立的超时中断，以区分所有超时类型；为片上系统的时域对象建立硬件时域监测机制，若时域对象在片上系统运行时发生错误，则触发硬件时域错误处理系统；S2、提出一种片上系统空间域保护机制；该机制既可以防止片上系统硬件错误的发生，同时可以防止错误在片上系统中的扩散；①、提出一种片上系统的应用分区模型，通过内存管理单元为片上系统建立分区存储保护，结合片上系统处理器的特权模式和应用分区，将片上系统的可信应用和不可信应用隔离开来，进而实现片上系统分区的隔离保护；②、为应用分区建立内存区域和页表项，实现物理内存区域的分配；对操作系统和应用的内存区域，按以下方式进行划分，并借助编译器实现；a、在程序编译过程中，对所有的源代码进行输入段的划分；b、在程序链接过程中，由编译器根据链接脚本，对源代码进行段的划分；③、增加、修改嵌入式实时操作系统代码，实现空间域的保护机制；④、提出一种MMU硬件管理框架，确保SoC保护机制的实时性；MMU硬件管理框架包括MMU的初始化、内存访问的异常处理以及TLB页表的置换；S3、提出一种硬件错误检测与实时处理机制；片上系统保护机制检测到错误发生时，在第一时间调用片上系统的硬件实时错误处理系统，然后错误处理系统根据可靠性保护策略，进行错误处理；①、对可能发生的错误进行检测及分类；错误检测的主要对象包括数值类错误、时间类错误和空间类错误；②、对不同类型的错误制定处理策略；片上系统根据错误代码类型，提供相应的硬件实时错误处理决策。...

【技术特征摘要】
1.一种SoC芯片的可靠性实时保护方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提出一种基于硬件计数器的片上系统时域保护机制；通过硬件超时错误检测功能，防止处理器被某一个具体应用过度占用；确定待保护的片上系统时域对象；通过硬件计数器实现片上系统定时功能，保证SoC系统的实时性；提供片上系统定时保护的硬件计数器，本发明满足以下功能：①、具有多个片上系统硬件定时通道，能够为片上系统不同类型的时域对象提供硬件实时监控功能；②、每个片上系统的硬件定时通道，能产生独立的超时中断，以区分所有超时类型；为片上系统的时域对象建立硬件时域监测机制，若时域对象在片上系统运行时发生错误，则触发硬件时域错误处理系统；S2、提出一种片上系统空间域保护机制；该机制既可以防止片上系统硬件错误的发生，同时可以防止错误在片上系统中的扩散；①、提出一种片上系统的应用分区模型，通过内存管理单元为片上系统建立分区存储保护，结合片上系统处理器的特权模式和应用分区，将片上系统的可信应用和不可信应用隔离开来，进而实现片上系统分区的隔离保护；②、为应用分区建立内存区域和页表项，实现物理内存区域的分配；对操作系统和应用的内存区域，按以下方式进行划分，并借助编译器实现；a、在程序编译过程中，对所有的源代码进行输入段的划分；b、在程序链接过程中，由编译器根据链接脚本，对源代码进行段的划分；③、增加、修改嵌入式实时操作系统代码，实现空间域的保护机制；④、提出一种MMU硬件管理框架，确保SoC保护机制的实时性；MMU硬件管理框架包括MMU的初始化、内存访问的异常处理以及TLB页表的置换；S3、提出一种硬...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟杰，
申请(专利权)人：核芯互联科技青岛有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37