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《合肥工业大学》 2009年
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数字电路软错误防护方法研究

黄正峰  
【摘要】:数字电路的软错误防护方法是超大规模集成电路(VLSI)研究的重要组成部分。随着工艺尺寸不断改进,急速下降的工作电压使得节点的关键电荷也相应减小,以及日益严重的工艺偏差,均导致软错误率不断升高。特别是在宇航环境下,高能粒子辐射引起的软错误已经成为影响芯片可靠性的首要因素。本文针对数字电路的软错误防护方法进行研究,全文主要内容及创新之处如下: (1)提出一种防护软错误的DIL-SET时序单元,在晶体管级研究软错误防护技术。DIL-SET在单元内部构建双模冗余的微结构,在输出端使用C单元,可以有效提高内部节点的关键电荷,增强DIL-SET的抗SEU能力。DIL-SET具有很好的功能扩展特性,可以结合时差技术对SET进行防护。文中的实验数据显示,和TMR-Latch单元相比,DIL-SET在延迟开销、面积开销、软错误防护性能等设计指标上达到了很好的折中。 (2)提出了针对门级网表进行部分加固的软错误防护技术,将门级网表中的时序单元替换为DIL-SET单元。首先,使用异步随机复位的方式对电路注入软错误。其次,精确计算每个标准单元的软错误易感程度。最后,选择合适的替换策略对门级电路进行单元替换。本文讨论了面积优先的替换策略和速度优先的替换策略,并给出了相关的实验数据。 (3)提出了容软错误的BIST结构:FT-CBILBO。FT-CBILBO对扫描链结构进行功能复用,构建双模冗余的软错误防护结构,有效针对SEU进行软错误阻塞,避免软错误沿数据通路传播到下一级逻辑。由于对MISR进行了功能复用,有效降低了硬件开销。本文对FT-CBILBO进行了功能扩展,相继提出了SET-CBILBO、XOR-CBILBO、TMR-CBILBO结构。 (4)提出了两种不同的自恢复有限状态机结构:CG-FSM和De-FSM。CG-FSM结构在寄存器传输级设置硬件检查点,利用检错码检查瞬态故障的发生,利用硬件检查点中的信息来执行回卷操作,由于引入了门控时钟的新技术,相对于传统的容错结构,CG-FSM结构在面积开销上有较大的改进,并且具有良好的实时内建自恢复性能。De-FSM结构将原始状态机拆分成两个子状态机,彼此相互进行状态备份。通过状态机拆分,De-FSM结构可以有效降低子状态机的逻辑复杂度,缩减关键路径的延迟,提高电路的性能。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN79

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 孙岩;纳米集成电路软错误分析与缓解技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 曹源;有限状态机的容软错误及低功耗设计[D];合肥工业大学;2010年
2 陈秀美;交替互补的自恢复控制器研究[D];合肥工业大学;2010年
3 吴珍妮;数字电路容错设计与研究[D];合肥工业大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 黄海林;唐志敏;许彤;;龙芯1号处理器的故障注入方法与软错误敏感性分析[J];计算机研究与发展;2006年10期
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 史久根;徐杨;韩江洪;;基于冗余容错技术的轨道运输监控终端的设计[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2010年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 王天成;吕涛;李晓维;;RTL错误注入的方法和实现[A];第五届中国测试学术会议论文集[C];2008年
5 吴珍妮;梁华国;黄正峰;王俊;陈秀美;曹源;;容软错误的电路选择性加固技术[A];第六届中国测试学术会议论文集[C];2010年
6 王俊;梁华国;黄正峰;吴珍妮;秦晨飞;;一种对面积开销有效的组合逻辑选择性加固方案[A];第六届中国测试学术会议论文集[C];2010年
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9 胡嘉伟;江建慧;;一种面向软件可靠性评估的故障注入机制的设计与实现[A];第十四届全国容错计算学术会议(CFTC'2011)论文集[C];2011年
10 田增;朱英;巨鹏锦;曹华;;基于VPI的故障注入验证环境[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(A辑)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 肖伟;无线传感器网络自适应数据容错关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 徐建军;面向寄存器软错误的容错编译技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 孙岩;纳米集成电路软错误分析与缓解技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 朱丹;基于时序等价性检查的电路软错误系统级可靠性分析方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
5 邱罡;可信系统保护模型研究与设计[D];西安电子科技大学;2010年
6 黎忠文;分布式控制系统中新安全保障技术的研究——安全核技术[D];电子科技大学;2001年
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8 杨仕平;分布式任务关键实时系统的防危(Safety)技术研究[D];电子科技大学;2004年
9 李训根;深亚微米工艺条件下标准单元和存储器逻辑参数提取及建模技术研究[D];浙江大学;2005年
10 覃志东;高可信软件可靠性和防危性测试与评价理论研究[D];电子科技大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王哲;IRFPA读出电路设计测试及可测性设计研究[D];北京交通大学;2010年
2 倪玮琳;CAN总线IP的抗辐射加固设计与验证[D];西安电子科技大学;2011年
3 马爱永;计算机控制系统可靠性设计[D];西华大学;2011年
4 王俊;超大规模集成电路容软错技术研究[D];合肥工业大学;2011年
5 缪斯;深亚微米FPGA互连抗软错误方法研究[D];复旦大学;2011年
6 杨聖魁;基于BIT的电子控制器容错设计技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
7 张增安;无人机容错飞行控制计算机的设计研究[D];南京航空航天大学;2010年
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10 唐志敏;基于CPCI总线的故障模拟系统的研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘必慰;陈书明;梁斌;;一种新型的低功耗SEU加固存储单元[J];半导体学报;2007年05期
2 黄正峰;梁华国;;A novel radiation hardened by design latch[J];半导体学报;2009年03期
3 朱宁,周润德,羊性滋;应用遗传算法进行低功耗状态编码[J];电子学报;2000年08期
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8 江建慧,员春欣;芯片级系统的在线测试技术[J];计算机研究与发展;2004年09期
9 黄海林;唐志敏;许彤;;龙芯1号处理器的故障注入方法与软错误敏感性分析[J];计算机研究与发展;2006年10期
10 傅忠传;陈红松;崔刚;杨孝宗;;处理器容错技术研究与展望[J];计算机研究与发展;2007年01期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 张承义;超深亚微米微处理器漏流功耗的体系结构级优化技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
2 周宏伟;微处理器中Cache漏流功耗的体系结构级优化技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
3 刘必慰;集成电路单粒子效应建模与加固方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
4 龚锐;多核微处理器容软错误设计关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
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中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 孙岩;高性能算术逻辑部件研究与全定制设计[D];国防科学技术大学;2005年
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3 陈微;高可靠微处理器设计关键技术研究与实现[D];国防科学技术大学;2006年
4 黄影;星载COTS计算机的体系结构设计及其抗SEU研究[D];国防科学技术大学;2006年
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【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王俊;超大规模集成电路容软错技术研究[D];合肥工业大学;2011年
2 常柯阳;基于FPGA的低功耗电机控制芯片的设计与研究[D];广东工业大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 江建慧,员春欣;芯片级系统的在线测试技术[J];计算机研究与发展;2004年09期
【相似文献】
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2 陈冰;尹禄;胡金华;;基于人工神经网络的数字电路故障诊断[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅲ)[C];2008年
3 庞浩;俎云霄;王赞基;;一种新型的全数字锁相环[A];第七届北京青年科技论文评选获奖论文集[C];2003年
4 徐新河;陈光(衤禹);谢永乐;;数字电路可控性算法和C++程序实现[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(上册)[C];2004年
5 赵庆;;基于verilog的数字可综合电路设计[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集(下册)[C];2008年
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3 常州市电子技工学校 何海滨;PROTEUS仿真教学——数字电路篇[N];电子报;2009年
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5 四川 王斌;数字电路抗干扰的方法[N];电子报;2002年
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7 吴明;硬盘数据防护技术面面观[N];中国电脑教育报;2001年
8 黄先龙;加强溃坝减灾防护技术研究[N];中国水利报;2003年
9 本报记者 宋丽娜;入侵防护技术:主动防护的体验[N];网络世界;2004年
10 成都建材设计院 沈乃超 译;当代耐磨防护技术在水泥厂的应用(下)[N];中国建材报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄正峰;数字电路软错误防护方法研究[D];合肥工业大学;2009年
2 吴福炜;数字电路低功耗设计方法研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2003年
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6 李春福;油气开发过程中的CO_2腐蚀机理及防护技术研究[D];西南石油学院;2005年
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8 李宇飞;高性能、低功耗VLIW结构数字信号处理器(DSP)的研究:模型、算法与工程实践[D];上海交通大学;2007年
9 杨立鹏;波浪作用下的海底管线冲刷与防护技术研究[D];中国海洋大学;2012年
10 张戈;高性能通用处理器核的低功耗技术研究[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 潘扬;24 bitΔΣ数字音频处理芯片DA通路数字部分设计[D];上海交通大学;2007年
2 葛强;数字电路老炼测试系统软件设计[D];郑州大学;2003年
3 周渝;基于蚁群算法的数字电路测试模式生成研究[D];华中科技大学;2005年
4 窦彦磊;山区库岸路基稳定及防护技术试验研究[D];重庆交通大学;2010年
5 陈萍;数字电路的多种子内建自测试及测试复用研究[D];华南师范大学;2005年
6 李梅;油田井深测试系统的研究[D];新疆大学;2005年
7 楚丽娜;PCB级数字电路故障模拟实用化技术研究[D];北京邮电大学;2006年
8 王宇;基于蚁群算法和粒子群算法的数字集成电路测试生成研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
9 朱文卿;面向UHF频段应用的RFID电子标签核心数字控制电路设计[D];上海交通大学;2009年
10 叶卫华;基于MSP单片微型计算机的同步发电机励磁调节系统的研制[D];武汉大学;2005年
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