基于SoC芯片面向单粒子翻转效应的可靠性方法技术

本发明专利技术涉及一种基于SoC芯片面向单粒子翻转效应的可靠性方法，属于芯片电路中可靠性工作的一种方法，其主要技术要点是其可靠性方法包括PL、APU、RPU三个应用单元。所述PL用于执行检测PL内发生软错误的任务；所述APU包含四个处理器内核，采用APU检错机制和APU恢复机制，用于执行PL内发生的软错误识别任务；所述RPU包含两个处理器内核，采用RPU检错机制和RPU恢复机制，用于执行针对识别到软错误生成PL防护加固技术的任务。主要用于在单粒子翻转效应发生的时候防护SoC芯片，减少因软错误的发生，而造成SoC芯片系统中断或运行结果错误，保证SoC芯片能够以更高的安全等级执行给定的任务。芯片能够以更高的安全等级执行给定的任务。芯片能够以更高的安全等级执行给定的任务。

【技术实现步骤摘要】
基于SoC芯片面向单粒子翻转效应的可靠性方法


[0001]本专利技术属于嵌入式电路高可靠性领域，具体涉及一种基于SoC芯片面向单粒子翻转效应的可靠性方法，它是基于SoC芯片在空间辐射环境下的可靠性架构的一种方法，属于电子芯片在电路中可靠性工作的一种方法。

技术介绍

[0002]SoC芯片是指在单个芯片上集成FPGA和多个处理器内核。SoC芯片允许用户自定义逻辑功能电路，内部的异构多核处理器能在较低的主频下提供更高的处理器性能、更有效的电源利用率，并且占用更小的物理空间，因此广泛地应用于各个领域。
[0003]SoC芯片生产工艺的提升必然造成SoC在空间辐射环境下，单粒子效应更加显著。现有的单粒子防护方案通常是针对于FPGA，即FPGA布设容错功能电路，通过容错功能电路减少软错误对系统的影响。常见的容错功能电路有三模冗余电路。SoC中内含多个处理器(PS)和FPGA(PL)，在SoC架构下，由常见的FPGA容错电路，转变为FPGA中布设软错误检测电路，PS端负责识别软错误识别，并生成相应的软错误防护策略。防护方法的转变释放了FPGA中的逻辑资源，并利用处理器处理复杂任务的优势，充分发挥SoC器件资源的优势，达到预期效能。RFSoC器件中共有六个Arm核和FPGA，六个Arm核又分别组成了APU(Application Processing Unit)和RPU(Real
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time Processing Unit)，尽管处理器的优势很明显，但是处理器仍然可能发生软错误，从而导致应用程序用户功能不可靠；此外，数量堆加的处理器内核数量，缺少统一防护软错误的可靠性软件开发框架，系统维护成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有软错误防护技术面向对象单一和SoC体系下缺少软错误防护技术的不足，从而提供一种基于SoC芯片面向单粒子翻转效应的可靠性方法框架。
[0005]为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术实施例提供一种基于SoC芯片面向单粒子翻转效应的可靠性方法，所述软件可靠性框架包括：PL、APU、RPU三个应用单元。
[0007]所述PL，用于执行检测PL内发生软错误的任务；
[0008]所述APU包含四个处理器内核，采用APU检错机制和APU恢复机制，用于执行PL内发生的软错误识别任务；
[0009]所述RPU包含两个处理器内核，采用RPU检错机制和RPU恢复机制，用于执行针对识别到软错误生成PL防护加固技术的任务。
[0010]上述方案中，所述软件可靠性框架还包括：APU检错机制、APU恢复机制、RPU检错机制和RPU恢复机制；
[0011]所述APU检错机制，用于检测APU内发生的软错误，包含运行结果的软错误和运行时发生的软错误；
[0012]所述APU恢复机制，用于恢复APU内软错误造成的系统故障；
[0013]所述RPU检错机制，用于检测RPU内发生的软错误，即锁步机制；
[0014]所述RPU恢复机制，用于恢复RPU内软错误造成的系统故障，即二级回卷恢复机制和系统重置。
[0015]上述方案中，所述的APU检错机制还包括：心跳监测规则、心跳监测模块、运行结果发送模块、心跳判断器模块；
[0016]所述心跳监测规则用于划分心跳监测模块；
[0017]所述心跳监测模块用于监测三模冗余执行核的健康状态，生成APU中三模冗余执行核的心跳信息；
[0018]所述运行结果发送模块用于将APU内执行三模冗余执行核的运算结果和心跳信息发送给RPU内的心跳判断器模块；
[0019]所述心跳判断器模块用于以三选二机制比对心跳信息或运行结果，得到正确的心跳信息或运行结果。
[0020]上述方案中，所述心跳监测规则包含有基本块划分规则、心跳监测点设置规则、心跳信息选取规则；
[0021]所述基本块划分规则，用于划分单粒子效应最小监测单元；
[0022]所述心跳信息选取规则，用于选取变量等信息，组成心跳信息；
[0023]所述心跳监测点设置规则，用于设置弹出心跳信息的位置。
[0024]上述方案中，所述心跳监测模块包含有基本块、心跳监测点和心跳信息；
[0025]上述方案中，所述心跳判断器模块包含有模式选择功能、数据比对功能、记录器功能和故障与方案匹配功能；
[0026]所述模式选择功能，用于调整心跳判断器的工作模式，比对运算结果或心跳信号；
[0027]所述数据比对功能，用于以三选二的机制比对接收到的运算结果和心跳信号，选取正确结果，描述故障模型；
[0028]所述记录器功能，用于记录工作内核的编号、APU每个内核参与工作的次数和工作异常的次数，计算内核故障频率f
Fault
；
[0029]所述故障与方案匹配功能，用于根据故障模型匹配故障恢复方案。
[0030]上述方案中，所述模式选择功能还包括三模冗余工作模式下，心跳判断器比对运算结果，选取正确的结果指向RPU；在心跳监测工作模式下，心跳判断器比对心跳信号，记录故障内核，心跳判断器的输出由RPU发回APU。
[0031]上述方案中，所述的APU恢复机制，包含三个三模冗余执行核和一个备份核；
[0032]所述三模冗余执行核，用于执行三模冗余机制的工作内核；
[0033]所述备份核，用于三模冗余执行核出现故障，备份核接替故障核工作，同时备份核转为三模冗余执行核，故障核恢复之后转为备份核。
[0034]上述方案中，所述可靠性方法还包括：RPU检错机制触发RPU恢复机制信号；
[0035]所述RPU检错机制触发RPU恢复机制信号，用于软错误触发RPU检错机制后，发出启用RPU恢复机制的信号。
[0036]本专利技术与现有技术相比所具有的优点是：防护技术由单一对象转变为多元对象，在SoC体系结构下，提供了一种可靠性纠错方法，以便更好的防护因单粒子翻转效应造成的软错误。
附图说明
[0037]图1是根据本专利技术一种实施例的用于SoC软硬件协同设计的数据流水线示意图；
[0038]图2是根据本专利技术一种实施例的用于SoC面向单粒子翻转效应的软硬件协同设计可靠性开发框架图；
[0039]图3是根据本专利技术一种实施例的用于SoC的可靠性加固方法的流程图；
[0040]图4是根据本专利技术一种实施例的APU防护示意图；
[0041]图5是根据本专利技术一种实施例的APU心跳监测点基本块划分示意图；
[0042]图6是根据本专利技术一种实施例的APU心跳心跳判断器示意图；
[0043]图7是根据本专利技术一种实施例的锁步机制与回卷恢复示意图。
具体实施方式
[0044]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图以心跳监测具体实施对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SoC芯片面向单粒子翻转效应的可靠性方法，其特征在于：所述可靠性方法包括：PL、APU、RPU三个应用单元；所述PL，即FPGA，用于执行检测PL内发生软错误的任务；所述APU包含四个处理器内核，采用APU检错机制和APU恢复机制，用于执行PL内发生的软错误识别任务；所述RPU包含两个处理器内核，采用RPU检错机制和RPU恢复机制，用于执行针对识别到软错误生成PL防护加固技术的任务。2.根据权利要求1所述的基于SoC芯片面向单粒子翻转效应的可靠性方法，其特征在于：所述可靠性方法包括：APU检错机制、APU恢复机制、RPU检错机制和RPU恢复机制；所述APU检错机制，用于检测APU内发生的软错误，包含运行结果的软错误和运行时发生的软错误；所述APU恢复机制，用于恢复APU内软错误造成的系统故障；所述RPU检错机制，用于检测RPU内发生的软错误，即锁步机制；所述RPU恢复机制，用于恢复RPU内软错误造成的系统故障，即二级回卷恢复机制和系统重置。3.根据权利要求1或2所述的基于SoC芯片面向单粒子翻转效应的可靠性方法，其特征在于：所述的APU检错机制还包括：心跳监测规则、心跳监测模块、运行结果发送模块、心跳心跳判断器模块；所述心跳监测规则用于划分心跳监测模块；所述心跳监测模块用于监测三模冗余执行核的健康状态，生成APU中三模冗余执行核的心跳信息；所述运行结果发送模块用于将APU内执行三模冗余执行核的运算结果和心跳信息发送给RPU内的心跳心跳判断器模块；所述心跳心跳判断器模块用于以三选二机制比对心跳信息或运行结果，得到正确的心跳信息或运行结果。4.根据权利要求3所述的基于SoC芯片面向单粒子翻转效应的可靠性方法，其特征在于：所述心跳监测规则包含有基本块划分规则、心跳监测点设置规则、心跳信息选取规则；所述基本块划分规则，用于划分单粒子效应最小监测单元；所述心跳信息选取规则，用于选...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫允一，高翔，乔良全，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：