一种应用于低功耗容错电路的自适应长度预测器制造技术

本发明专利技术属于低功耗集成电路设计技术领域，具体为一种应用于低功耗容错电路的自适应长度预测器。与传统的基于预测的容错电路相比，本发明专利技术增加了基于影子寄存器技术的在线时序监控模块，该模块实时监控延时错误，并将错误指示信号传播到预测器中，控制预测器只选择没有出错的样本进行运算，从而实现了预测窗口的自适应缩放，有效过滤掉出错样本，提高了预测精度。将该自适应预测技术与电压过缩放技术结合起来，可以保证系统的性能在容忍范围内，允许电压和功耗的进一步降低。本发明专利技术具有结构简单、低开销和高纠错能力等等特点，特别适合应用于基于VOS技术的低功耗数字信号处理系统。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于低功耗容错电路的自适应长度预测器
本专利技术属于低功耗集成电路
，具体涉及一种应用于低功耗容错电路的自适应长度预测器。
技术介绍
近年来由于移动设备、便携式电子、通信及其他消费电子产品市场的快速发展以及市场需求使得集成电路设计者越来越重视电路的功耗问题。在很多应用领域，降低功耗已经成为数字系统设计的一个最为重要的问题。低功耗的市场需求促使了很多低功耗技术的产生，目前业界常用的低功耗技术有门控时钟、门控电压以及多电压域设计等等。近年来研究人员提出了电压过缩放技术（VOS:VoltageOverScaling），其原理是人为地降低电压来降低功耗，同时由于电压降低引起关键路径出现时序错误，此时再通过加入容错电路技术进行纠错；最终，电路系统会以一定信噪比的牺牲换来功耗的大大降低。现有的VOS容错电路技术包括：差分电路纠错、基于预测的纠错电路、基于低精度备用电路的纠错技术以及自适应错误取消技术等等，其中基于预测的纠错电路技术，以其电路简单、开销小等特点得到了广泛应用，但传统的预测器的窗口往往是固定的，不能根据数据的状态实时变化，在一定程度上限制了容错性能的提高。本专利技术提出了一种自适应预测器，可以根据当前数据流的错误信息，动态地调节预测窗口的长度，从而大大提高纠错能力，进而允许电压和功耗的进一步降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于低功耗容错电路的自适应长度预测器，以提高预测器的预测精度，从而提高系统的检错纠错能力，进而实现电压和功耗进一步降低。本专利技术提出的应用于低功耗容错电路的自适应长度预测器，其整体框图如图1所示。该自适应长度预测器主要由在线时序错误监控模块、错误指示信号传播链、预测器和选择输出模块组成。其中，时序错误监控模块和错误指示信号传播链分别负责时序错误的检测和传播，错误指示信号作为数据的附加信息跟随数据一起传播，并连接到预测器内部的二选一复用器的控制端，控制预测器使用那些没有出错的样本进行预测；选择输出模块负责选择原数据或预测值作为最终的输出。本专利技术中，所述时序错误监控模块，如图2所示，主要由影子寄存器、异或门和D触发器构成；其中影子寄存器的结构说明如图3所示，影子寄存器由一个延时了一定时间的时钟驱动，需要监控的某一组合逻辑路径末端连接到影子寄存器的数据输入端；影子寄存器的输出与原寄存器输出通过一个异或门对比，如果不同，则认为时序出错，该出错信号通过由原时钟驱动D触发器进行传播，传播级数与原数据通路的流水线级数一致；错误指示信号在离开监控模块后，作为输出数据的附加信息，继续通过由原时钟驱动的D触发器传播，直到进入到预测器内部。本专利技术中，所述预测器，如图1所示，与传统的预测器结构类似，都是由一个低通滤波器构成，但是在本专利技术中，每个系数的输入端都增加了一个二选一复用器，而复用器的控制端连接到对应数据的附加信号（即错误指示信号），如果对应数据出错（即错误指示信号为高电平），则选择“0”作为该系数，如果没有出错（即错误指示信号为低电平），则选择原系数。最终的效果是，出错的样本不会被用来计算预测值，从而实现了对错误数据的有效屏蔽和预测窗口的自适应动态缩放。本专利技术中，所述选择输出模块是一个简单的二选一复用器，该复用器的控制端口与预测器中的复用器一样，都是连接到错误指示信号上。控制信号为当前数据的数据有效性信息，如果当前数据出错，复用器选择预测器的预测值作为最终输出，如果没有错误，复用器选择当前数据作为输出。传统的预测器窗口长度往往是固定的，当预测窗口内出现错误数据的时候，这些错误数据仍然会被用来计算预测值，这就导致了预测精度的下降。本专利技术提出的自适应长度预测器以较小的硬件开销，很好的解决了这个问题，提高了预测精度，进而允许电压和功耗的进一步降低。附图说明图1为本专利技术自适应预测器的结构整体图示。图2为本专利技术中时序错误监控模块图示。图3为影子寄存器图示。图4为传统预测器的缺点说明。图5为自适应预测器举例说明。具体实施方式错误指示信号的生成和传播是设计自适应长度预测器的第一步，不同的数字信号处理系统，流水线结构和关键路径分布不尽相同，因此我们要首先分析原数字信号处理系统的关键路径分布，确定哪些路径需要进行时序的监测，假设系统要求的工作时钟周期为T，目标工作电压为，其中为系统正常工作电压，为电压缩放系数，则在目标工作电压下，所有超过时钟周期T的路径都需要被监测，也就是要加入如图2所示的影子寄存器监测链。另一方面需要注意的是，如果某一级流水线上没有需要监测的路径，则该级不用增加影子寄存器，仅仅增加一个D触发器传播错误指示信号即可。第二步是预测器的设计，确定最大预测窗口。为了说明传统预测器的不足，首先分析图4中的两种情况，以预测长度为6的传统预测器为例，情况1为其正常工作条件，此时当前数据Y(n+7)出错，其之前的6个无错的数据Y(n+6)...Y(n+1)被用来生成预测值；在第二种情况下，Y(n)出错，同样，其之前的6个数据被Y(n-1)...Y(n-6)被用来生成预测值，但是这6个数据中Y(n-3)也是出错数据，显然该错误数据会影响到预测值的精度，也就是说传统预测器不会考虑预测窗口中的数据的有效性，不管在什么情况下，窗口内的样本都会用来计算预测值。为了解决这个问题，提高预测精度和容错能力，本专利技术提出了自适应长度预测器。图5给出了最大预测窗口长度为6的自适应预测器结构图，以图4中情况2为例，此时时序错误监控模块和指示信号传播链产生的指示信号为“001000”，该序列被送入预测器中，作为二选一复用器的控制信号，选通对应的系数，其中出错样本Y(n-3)的系数h2被“0”代替，也就是说样本Y(n-3)不会被用作计算Y(n)的预测值，预测窗口长度变为5，从而屏蔽了错误样本对预测值的影响，由此实现了预测窗口的自适应控制。在系统的最终输出端，当前数据对应的错误指示信号，同样被用做二选一复用器的控制信号选择最终输出，如果有错，则选择预测值，反之选择原值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于低功耗容错电路的自适应长度预测器，其特征在于：由在线时序错误监控模块、错误指示信号传播链、预测器和选择输出模块组成；其中，时序错误监控模块和错误指示信号传播链分别负责时序错误的检测和传播，错误指示信号作为数据的附加信息跟随数据一起传播，并连接到预测器内部的二选一复用器的控制端，控制预测器使用那些没有出错的样本进行预测；选择输出模块负责选择原数据或预测值作为最终的输出。

【技术特征摘要】
1.一种应用于低功耗容错电路的自适应长度预测器，其特征在于：由在线时序错误监控模块、错误指示信号传播链、预测器和选择输出模块组成；其中，时序错误监控模块和错误指示信号传播链分别负责时序错误的检测和传播，错误指示信号作为数据的附加信息跟随数据一起传播，并连接到预测器内部的二选一复用器的控制端，控制预测器使用那些没有出错的样本进行预测；选择输出模块负责选择原数据或预测值作为最终的输出；所述时序错误监控模块，主要由影子寄存器、异或门和D触发器构成；其中，影子寄存器由一个延时了一定时间的时钟驱动，需要监控的某一组合逻辑路径末端连接到影子寄存器的数据输入端；影子寄存器的输出与原寄存器输出通过一个异或门对比，如果不同，则认为时序出错，出错的信号通过由原时钟驱动D触发器进行传播，传播级数与原数据通路的流水线级数一致；错误指示信号在离开...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩军，陈梦远，张益成，曾晓洋，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31