面向空間應(yīng)用的容錯RISC處理器體系結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、我國目前星載計算機使用的微處理器不具備單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU，SingleEvent Upset)的容錯能力，導(dǎo)致必須依靠系統(tǒng)級的容錯設(shè)計達(dá)到空間應(yīng)用的可靠性要求，制約了系統(tǒng)實時性能的提高，難以滿足衛(wèi)星與深空探測技術(shù)發(fā)展的需要。 論文以星載計算機的需求為背景，重點研究應(yīng)用于空間輻射環(huán)境中高性能微處理器的容錯體系結(jié)構(gòu)，提出了一套完整的微處理器片上容錯設(shè)計方案，并研究其實現(xiàn)技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)了兩款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的能夠容忍單粒子翻轉(zhuǎn)故障的高

2、性能微處理器芯片，并流片成功。 論文取得了如下的創(chuàng)新性研究成果： 1、全面分析了SEU對微處理器危害的機理，提出了一個體系完整的微處理器片上容錯設(shè)計方案，并在LSFT32系列微處理器芯片的設(shè)計中進(jìn)行了實驗驗證。 2、提出了一種連續(xù)糾錯的流水線結(jié)構(gòu)，能夠連續(xù)檢測并糾正寄存器文件中的數(shù)據(jù)錯誤，并及時更新寄存器文件。 3、提出了一種自主恢復(fù)的存儲器控制器結(jié)構(gòu)，設(shè)計了具有自動回寫的存儲器控制器，數(shù)據(jù)錯誤處理完全不

3、需要處理器的干預(yù)。 4、提出了一種可控的片上故障注入機制，提供了軟件可控的故障模式，有力地支持了容錯技術(shù)的驗證。 5、利用0.5μmCMOS工藝抗輻射工藝庫和定制存儲器，研制了我國第一個輻射加固型32位RISC微處理器芯片LSFT3201(BM3801)，主頻25MHz，抗輻射總劑量指標(biāo)達(dá)到300krad(Si)；在LSFT3201的基礎(chǔ)上通過集成浮點處理單元，改進(jìn)流水線糾錯結(jié)構(gòu)和故障注入機制，利用0.18μm常規(guī)CMO