一种异步流水线电路的死锁检测电路和检测方法技术

一种异步流水线电路的死锁检测电路，安装在异步流水线上，包括上游检测匹配电路和下游特征匹配电路；所述上游检测匹配电路与受保护异步流水段的发送端流水站并联，用于根据发送端流水站输入端和输出端的完成检测信号判断所述发送端流水站是否为错误上游流水站；所述下游特征匹配电路与受保护异步流水段的接收端流水站并联，用于根据接收端流水站输入端和输出端的完成检测信号判断所述接收端流水站是否为错误下游流水站；所述上游检测匹配电路和下游特征匹配电路通讯连接，用于根据上游流水站和下游流水站的错误状态判断受保护异步流水段是否发生死锁。本发明专利技术提供的技术方案能够检测到错误导致的电路死锁，同时定位导致异步流水线电路死锁的错误的发生位置。

A deadlock detection circuit and method of asynchronous pipeline circuit

【技术实现步骤摘要】
一种异步流水线电路的死锁检测电路和检测方法
本专利技术涉及异步电路设计领域，具体涉及一种异步流水线电路的死锁检测电路和检测方法。
技术介绍
异步流水线是异步电路设计的典型场景，由于采用异步握手信号进行控制，消除了全局时钟，具有数据驱动的特性，能够有效克服传统同步电路面临的一系列问题与挑战，特别是全局时钟分布导致的跨时钟域问题，具有低动态功耗、时序健壮、良好电磁兼容性、良好扩展性、支持模块化设计等优点，得到学术界和产业界的广泛重视。设计异步流水线的一个重要指标是容错能力。伴随着半导体工艺尺寸的大幅度减小，芯片电源电压不断降低，时钟频率不断提高，芯片密度持续增大，电子器件对环境变化更为敏感，各类噪声源、高能粒子辐射等更容易引发信号传输延迟和瞬时翻转，信号传输延迟变化导致的时序错误，信号短时间错误翻转导致的瞬时逻辑错误，以及由于制造缺陷或者长期运转磨损导致的永久逻辑错误等，发生的概率大幅增加，这些都对异步流水线的可靠性带来较大负面影响。在异步流水线中，一个1比特位的逻辑错误不仅能够污染数据，还能够扰乱甚至破坏握手过程，使得握手请求得不到应答，或者应答完成时，流水线无法接收新的请求，导致异步流水线发生“电路死锁”。逻辑错误可以分为瞬时错误和永久错误。常见的瞬时错误为正向即高电平，或者负向即低电平的毛刺信号跳变，电路本身没有受到破坏，错误发生后会在较短时间内自动消除，不会影响接下来的信号变化；而永久错误是指电路发生了不可逆转的变化，导致其电路特性永久发生改变，为了简化永久错误的行为分析，通常使用“stuck-at”门级错误模型对永久错误进行建模，“stuck-at”模型包含stuck-at-0和stuck-at-1两类错误，分别表示某个信号的值永久为0或者为1。永久错误的发生概率小，但危害性高，一旦发生，对于没有容错机制的电路，基本意味着电路的废弃。在传统的同步电路中，不管是瞬时错误还是永久错误，引起的主要错误表现就是数据错误，电路仍然在运行，通过不断收集电路的错误状态即可实现瞬时错误或者永久错误的检测。比如通过使用容错编码的方式就能够很容易检测出瞬时错误，而当在同一处连续检测到多个瞬时错误时，基于错误发生在同一处概率极低的假设，可以判定此处发生了永久错误，该方法也已经应用于大多数的同步电路容错设计中，然而，该方法对于异步电路并不完全适用。异步电路设计的核心是异步协议。四段1-of-n异步握手协议是最常用的异步协议之一，是四段握手协议和1-of-n数据编码方式的总称，已经被广泛应用于准延迟不敏感异步流水线的设计中。异步流水线由多个异步流水站和连接流水站的链路构成，按照数据的流向，任意两级异步流水站可以分别抽象为发送端与接收端异步流水站。两级相邻的异步流水站之间通过正向的数据链路和反向的应答链路连接。使用四段1-of-n异步握手协议实现的准延迟不敏感类型的异步流水线能够有效克服时序错误，对于大规模长距片上通信非常有吸引力，但是依然受到逻辑错误导致的电路死锁的威胁。面向异步电路的容错技术研究较少，一旦异步流水线发生电路死锁，首先需要做的就是死锁检测，并定位错误，然后才能进行错误的恢复。因此，死锁的检测至关重要。传统的面向同步电路的容错方法大都是通过不断收集电路的错误状态来实现瞬时错误或者永久错误的检测，而在电路死锁的状态下，异步流水线陷入停滞状态，检测电路只能获得当前的流水线状态，无法获取随时间不断累积的错误信息，难以有效实现死锁的检测。因此，为克服上述缺陷，本专利技术提供了一种低复杂度、高可扩展的死锁检测电路和检测方法，能够检测到错误导致的电路死锁，同时定位导致异步流水线电路死锁的错误发生的位置。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本专利技术提供一种异步流水线电路的死锁检测电路和检测方法。本专利技术提供的技术方案是：一种异步流水线电路的死锁检测电路，安装在异步流水线上，其改进之处在于，所述电路包括上游检测匹配电路和下游特征匹配电路；所述上游检测匹配电路与受保护异步流水段的发送端流水站并联，用于根据发送端流水站输入端和输出端的完成检测信号判断所述发送端流水站是否为错误上游流水站；所述下游特征匹配电路与受保护异步流水段的接收端流水站并联，用于根据接收端流水站输入端和输出端的完成检测信号判断所述接收端流水站是否为错误下游流水站；所述上游检测匹配电路和下游特征匹配电路通讯连接，用于根据上游流水站和下游流水站的错误状态判断受保护异步流水段是否发生死锁。优选地，所述上游检测匹配电路包括翻转检测器、上游特征匹配器、同步器、控制状态机和时钟计数器；所述翻转检测器包括两个输入端与一个输出端；所述翻转检测器的第一输入端接入所述发送端流水站输出端的完成检测信号，第二输入端与所述控制状态机连接；所述上游特征匹配器包括三个输入端和一个输出端；所述翻转检测器的输出端与所述上游特征匹配器的第一输入端连接；所述上游特征匹配器的第二输入端接入所述发送端流水站输出端的完成检测信号，第三输入端接入所述发送端流水站输入端的完成检测信号；所述上游特征匹配器、同步器和控制状态机依次连接，所述同步器用于对所述上游特征匹配器输出的信号按照所述控制状态机的时钟进行同步，并将生成的信号发送给所述控制状态机；所述时钟计数器与所述控制状态机连接，用于向所述控制状态机的发送超时信号；所述控制状态机与所述下游特征匹配电路进行通信连接，用于向所述下游特征匹配电路发送询问信号并接收所述下游特征匹配电路的应答，从而判断受保护的异步流水线段是否发生死锁；所述控制状态机与外部电路连接，用于通知外部电路受保护的异步流水段发生死锁。优选地，所述上游特征匹配器包括异或门(11)和与门(12)；所述异或门(11)的两个输入端分别接入所述发送端流水站的输入端和输出端的完成检测信号；所述异或门(11)的输出端与所述与门(12)的其中一个输入端连接；所述翻转检测器的输出端与所述与门(12)的另一个输入端连接。优选地，所述下游特征匹配电路包括：同或门(9)和非对称C单元(8)；所述同或门(9)的两个输入端分别与接收端流水站接入输入和输出的完成检测信号，所述同或门(9)的输出端与所述非对称C单元(8)的正输入端连接；所述非对称C单元(8)的普通输入端与所述控制状态机连接，所述非对称C单元(8)的输出端也与所述控制状态机连接，用于实现与所述上游检测匹配电路的通信连接。一种异步流水线电路的死锁检测电路的死锁检测方法，所述方法包括：当上游检测匹配电路检测受保护异步流水段的发送端流水站为错误上游流水站时与下游特征匹配电路通讯；如果下游特征匹配电路检测受保护异步流水段的接收端流水站也为错误下游流水站时，则判断所述受保护异步流水段发生死锁，并通知上游检测匹配电路；所述上游检测匹配电路通知外部电路受保护异步流水段发生死锁。优选地，所述当上游检测匹配电路检测受保护异步流水段的发送端流水站为错误上游流水站时与下游特征匹配电路通讯包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异步流水线电路的死锁检测电路，安装在异步流水线电路上，其特征在于，所述电路包括上游检测匹配电路和下游特征匹配电路；/n所述上游检测匹配电路与受保护异步流水段的发送端流水站并联，用于根据发送端流水站输入端和输出端的完成检测信号判断所述发送端流水站是否为错误上游流水站；/n所述下游特征匹配电路与受保护异步流水段的接收端流水站并联，用于根据接收端流水站输入端和输出端的完成检测信号判断所述接收端流水站是否为错误下游流水站；/n所述上游检测匹配电路和下游特征匹配电路通讯连接，用于根据上游流水站和下游流水站的错误状态判断受保护异步流水段是否发生死锁。/n

【技术特征摘要】
1.一种异步流水线电路的死锁检测电路，安装在异步流水线电路上，其特征在于，所述电路包括上游检测匹配电路和下游特征匹配电路；
所述上游检测匹配电路与受保护异步流水段的发送端流水站并联，用于根据发送端流水站输入端和输出端的完成检测信号判断所述发送端流水站是否为错误上游流水站；
所述下游特征匹配电路与受保护异步流水段的接收端流水站并联，用于根据接收端流水站输入端和输出端的完成检测信号判断所述接收端流水站是否为错误下游流水站；
所述上游检测匹配电路和下游特征匹配电路通讯连接，用于根据上游流水站和下游流水站的错误状态判断受保护异步流水段是否发生死锁。


2.如权利要求1所述的异步流水线电路的死锁检测电路，其特征在于，所述上游检测匹配电路包括翻转检测器、上游特征匹配器、同步器、控制状态机和时钟计数器；
所述翻转检测器包括两个输入端与一个输出端；所述翻转检测器的第一输入端接入所述发送端流水站输出端的完成检测信号，第二输入端与所述控制状态机连接；所述上游特征匹配器包括三个输入端和一个输出端；所述翻转检测器的输出端与所述上游特征匹配器的第一输入端连接；所述上游特征匹配器的第二输入端接入所述发送端流水站输出端的完成检测信号，第三输入端接入所述发送端流水站输入端的完成检测信号；
所述上游特征匹配器、同步器和控制状态机依次连接，所述同步器用于对所述上游特征匹配器输出的信号按照所述控制状态机的时钟进行同步，并将生成的信号发送给所述控制状态机；
所述时钟计数器与所述控制状态机连接，用于向所述控制状态机的发送超时信号；
所述控制状态机与所述下游特征匹配电路进行通信连接，用于向所述下游特征匹配电路发送询问信号并接收所述下游特征匹配电路的应答，从而判断受保护的异步流水线段是否发生死锁；
所述控制状态机与外部电路连接，用于通知外部电路受保护的异步流水段发生死锁。


3.如权利要求2所述的异步流水线电路的死锁检测电路，其特征在于，所述上游特征匹配器包括异或门(11)和与门(12)；
所述异或门(11)的两个输入端分别接入所述发送端流水站的输入端和输出端的完成检测信号；所述异或门(11)的输出端与所述与门(12)的其中一个输入端连接；所述翻转检测器的输出端与所述与门(12)的另一个输入端连接。


4.如权利要求2所述的异步流水线电路的死锁检测电路，其特征在于，所述下游特征匹配电路包括：同或门(9)和非对称C单元(8)；
所述同或门(9)的两个输入端分别接入所述接收端流水站的输入端和输出端的完成检测信号，所述同或门(9)的输出端与所述非对称C单元(8)的正输入端连接；
所述非对称C单元(8)的普通输入端与所述控制状态机连接，所述非对称...

【专利技术属性】
技术研发人员：张光达，宋威，戴华东，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11