用于关键路径时序裕度的延迟监测方案制造技术

一种用于监测关键路径时序裕度的延迟的监测系统可包括多个自适应监测电路，其中每个自适应监测电路耦接到电路中的多个路径中的对应一个路径。每个自适应监测电路可包括：第一延迟元件，该第一延迟元件设计成使该电路中的N个路径的平均时序裕度在一个最小平均单位延迟内；第二延迟元件，该第二延迟元件耦接到所述第一延迟元件并设计成添加平均延迟k*σmax；设置捕获元件，该设置捕获元件捕获该第二延迟元件的输出；以及设置警告比较元件，当该设置捕获元件和该多个路径中的该对应一个路径的阴影捕获元件或捕获元件的输出不满足预期条件时，该设置警告比较元件输出设置警告信号。号。号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于关键路径时序裕度的延迟监测方案

技术介绍

[0001]计算系统容易受到对手的攻击。对手可能会尝试执行攻击，例如旁道攻击和物理故障注入，以获取有关系统操作的信息。旁道攻击是观察系统内正在发生的操作细节的间接方式，例如通过开关产生的电磁信号。改变操作条件可能会加剧旁道的信息泄漏。或者，在物理故障注入的情况下，攻击者可能试图通过操纵电压、温度或信号来故意诱导系统中的特定行为。这些类型的操纵中的任一者都可能导致系统不以设计的方式执行。例如，系统的开关操作可能无法正确执行，从而导致数据穿过系统的顺序中断。
[0002]系统设计成在电压、温度和过程变化的边界内操作。系统设计成保证边界内的正确操作。保证系统在边界内正确操作的电路模拟称为认证。
[0003]在传统的认证过程中，将模拟电压、温度和过程的多个最坏情况组合，以确保指定的时序裕度。这些最坏情况的组合称为“角”。对于由这些角限定的所有条件，电路的操作顺序对于给定的输入集在指定的操作频率下总是正确的。检测攻击可以通过监测电路的操作条件即电压、温度和时钟频率来执行，也可以通过直接验证电路是否在模拟设计的时序裕度下操作来执行。

技术实现思路

[0004]描述了用于关键路径时序裕度的延迟监测方案。针对攻击的对策可包括监测计算环境中的时序违反，这可能是由电压、温度、时钟或诸如电磁辐射或光之类的其他环境因素的变化引起的。
[0005]直接检测时序裕度的方法有利于检测攻击(或故障)，向系统提供反馈信息，以减少所需的设计裕度，并实现更高的操作频率或更低的功率，或同时检测攻击和提供反馈信息。
[0006]一种用于监测关键路径时序裕度的延迟的系统可应用于包括多个关键路径的电路。每个关键路径包括数据路径的启动点和捕获端点信号的捕获元件。自适应监测电路在每个触发器处耦接到所述多个关键路径中的每个关键路径(例如，电路中的所有关键路径或代表性关键路径子集)。每个自适应监测电路包括延迟元件、捕获元件和设置警告比较元件。设置警告比较元件的输出可用于确定是否调整电路的操作参数，例如供应电压、电路要抵消或停止操作的背栅偏置或频率。
[0007]提供本
技术实现思路
是为了以简化形式介绍一系列概念，这些概念将在下文的具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非旨在用于限制受权利要求书保护的主题的范围。
附图说明
[0008]图1A示出了具有数据路径启动点和捕获端点信号的捕获元件的电路的示例。
[0009]图1B示出了设置警示电路的示例实施方式。
[0010]图1C示出了保持警示电路的示例实施方式。
[0011]图2A和图2B示出了另外监测设置条件的自适应监测结构的示例实施方式。
[0012]图3A示出了具有额外转换指示器的用于设置时序的自适应监测结构的示例实施方式。
[0013]图3B示出了添加了保持警示电路的自适应监测电路的示例实施方式。
[0014]图4A示出了在插入第一延迟元件之后受随机局部变化影响的相同设计路径的关键路径延迟的示例模拟时序分布的图。
[0015]图4B示出了图4A的路径的示例模拟时序分布的图，这些示例模拟时序分布调整为在插入自适应监测电路的第一延迟元件和第二延迟元件之后匹配它们的平均时序。
[0016]图5示出了用于设计自适应控制监测电路的过程流。
[0017]图6A和图6B示出了累积分布图，其中每个“X”表示代表特定数据路径的累积分布的样本，包括其在裸片上的单独局部变化。
[0018]图7示出了用于包括设置警告但不需要其它警示的应用的简化自适应监测结构。
[0019]图8A示出了由开关电容功率转换器产生的供应轨的电压图。
[0020]图8B示出了开关电容功率转换器的开关频率相对于ΔVDD的图。
[0021]图9示出了在不同电压值下的电路延迟的图。
[0022]图10示出了基于非二进制多电平控制信号的过程流，该信号用于调适影响数字电路的时序裕度的电路的操作参数。
[0023]图11示出了图10的过程的示例实施方式。
[0024]图12示出了用于控制开关电容功率转换器(SCPC)中电荷转移的开关频率的方法的过程流。
具体实施方式
[0025]描述了用于关键路径时序裕度的延迟监测方案。
[0026]数据路径是发生逻辑操作的路径。数据路径可以表示为多个逻辑门和用于传输数据的电互连件，例如金属线。数据路径作为一个整体的延迟通常被设计为介于两个值之间，例如介于x和y之间。可以在捕获计算输出的触发器处测量数据路径的时序裕度。一个电路可包括许多这样的连接芯片上部件的路径。当计算输出设置在时钟边沿之前的触发器输入处，并且保持足够长的时间以便基于时钟信号进行捕获时，电路将按设计操作。沿路径的信号时序可取决于不同的因素，例如互连件的长度、晶体管开关的类型和数量、沿路径的部件特性的局部和全局变化以及供应电压和温度。一些路径的信号传输速度会快于其它路径。对于设置时序，具有最长延迟(包括相同设计路径之间延迟的统计变化)的路径被称为关键路径。
[0027]电路电压和温度的变化会导致时序裕度变化。时序裕度可以通过调适电路中的操作量(例如供应电压和频率)来跟踪，并且可以跨过程和温度的变化进行跟踪。
[0028]作为所述延迟监测方案的一部分，提出了一种自适应电路操作(参见例如关于图4A和图4B的如何设计自适应电路操作的描述)，其在运行时操作期间测量电路的时序裕度，并识别可应用于补偿的调适。为了推断电路设计的完整性(例如，正确完成操作的能力)，可以直接测量时序裕度，并将其用作任何调适的主要输入。这与固定操作条件下的传统认证不同，传统认证是通过考虑电压或温度的极端情况来推断电路的完整性的。为了维持电路
设计的完整性，可以以相对单位来跟踪和量化时序裕度，将其表示为应保留的与时序裕度相当的延迟元件的数量。在各种实施方式中，延迟元件是反相器或缓冲器。所描述的自适应操作测量电路操作期间的时序裕度，并产生系统可用于调节电路操作时的时钟频率或用于维持所需时钟频率的操作条件(例如供应或背栅电压)的输出。自适应操作可应用于任何数字设计，包括执行安全功能的加密电路。
[0029]在一些情况下，自适应操作可以专注于在最坏的设置情况下维持时序裕度。设置是指在时钟脉冲到达捕获数据之前保证到达捕获元件(如触发器)的数据已通过其计算链的条件。为了在最坏的设置情况下(包括所有操作条件)维持时序裕度，提供一个输出，例如，用于调适调节器特征或时钟产生的输出。
[0030]应理解，尽管图中可能具体地参考了呈反相器或缓冲器形式的延迟元件，但根据所需的设计约束，可以使用相反类型的延迟元件(即反相或非反相)。例如，在一些情况下，需要反相延迟(例如，反相延迟可防止数据泄漏由于额外的上升转变而增加)；而在其它情况下，需要非反相延迟。
[0031]图1A示出了具有数据路径启动点和捕获端点信号的捕获触发器的电路的示例实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于监测电路的关键路径时序裕度的延迟的监测系统，所述监测系统包括：多个自适应监测电路，每个自适应监测电路耦接到电路中的多个路径中的对应一个路径，每个自适应监测电路包括：延迟元件，所述延迟元件接收对应于所述电路中的所述多个路径中的所述对应一个路径的第一计算级的输出的信号；设置捕获元件，所述设置捕获元件在用于捕获端点的所述第一计算级的所述输出的同一时钟信号的上升边沿处捕获所述延迟元件的输出；以及设置警告比较元件，所述设置警告比较元件进行耦接以比较所述设置捕获元件的输出和对应于所述电路中的所述多个路径中的所述对应一个路径的捕获元件的输出的信号，所述设置警告比较元件被配置为当所述设置捕获元件的所述输出和对应于所述捕获元件的所述输出的所述信号不满足预期条件时输出设置警告信号。2.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述延迟元件包括第一延迟元件和第二延迟元件。3.根据权利要求2所述的监测系统，其中所述第一延迟元件被配置为应用延迟，在所述电路的电路时序模拟期间，所述延迟使所述电路中的所述多个路径的平均时序在一个最小平均延迟元件延迟内。4.根据权利要求2到3中任一项所述的监测系统，其中所述第二延迟元件包括一个或多个延迟缓冲器。5.根据权利要求4所述的监测系统，其中所述一个或多个延迟缓冲器被配置为添加平均时序k*σmax，其中k是模拟期间用于时序收敛的设置裕度，并且σmax是模拟期间所述多个路径中最差的统计延迟变化。6.根据权利要求4到5中任一项所述的监测系统，其中每个自适应监测电路进一步包括复用器，所述复用器进行耦接以选择所述一个或多个延迟缓冲器中的任一个延迟缓冲器并将所述输出提供到所述设置捕获元件。7.根据权利要求1到6中任一项所述的监测系统，其中所述设置捕获元件是触发器。8.根据权利要求1到7中任一项所述的监测系统，其中所述设置警告比较元件包括XOR门。9.根据权利要求1到8中任一项所述的监测系统，进一步包括：多个转换指示器电路，每个转换指示器电路耦接到所述多个自适应监测电路中的对应自适应监测电路并且耦接到所述电路中的所述多个路径中的所述对应一个路径，每个转换指示器电路包括：转换指示器捕获元件，所述转换指示器捕获元件进行耦接以在用于捕获所述端点的所述第一计算级的所述输出的所述同一时钟信号的所述上升边沿处捕获对应于所述捕获元件的所述输出的所述信号；以及转换指示器比较元件，所述转换指示器比较元件进行耦接以比较所述转换指示器捕获元件的输出和对应于所述捕获元件的所述输出的所述信号，所述转换指示器比较元件被配置为当所述转换指示器捕获元件的所述输出和对应于所述捕获元件的所述输出的所述信号不满足预期条件时输出转换指示器信号。10.根据权利要求1到9中任一项所述的监测系统，进一步包括：
多个保持警示电路，每个保持警示电路耦接到所述电路中的所述多个路径中的对应一个路径。11.根据权利要求1到10中任一项所述的监测系统，进一步包括：多个设置警示电路，每个设置警示电路耦接到所述多个自适应监测电路中的对应自适应监测电路并且耦接到所述电路中的所述多个路径中的所述对应一个路径，每个设置警示电路包括：设置延迟元件，所述设置延迟元件耦接到所述电路中的所述多个路径中的所述对应一个路径的所述第一计算级的所述输出；阴影捕获元件，所述阴影捕获元件进行耦接以在用于捕获所述端点的所述第一计算级的所述输出的所述同一时钟信号的所述上升边沿处捕获所述设置延迟元件的输出；以及比较元件，所述比较元件进行耦接以比较所述电路中的所述多个路径中的所述对应一个路径的所述捕获元件的所述输出和所述阴影捕获元件的输出，所述比较元件被配置为当所述捕获元件和所述阴影捕获元件的所述输出不满足预期条件时输出设置警示信号，其中所述对应自适应监测电路的所述延迟元件进行耦接以接收对应于所述电路中的所述多个路径中的所述对应一个路径的所述第一计算级的所述输出的所述信号，并且其中所述设置警告比较元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：Arm有限公司，
类型：发明
国别省市：