PowerPC处理器的加固设计与验证

发布时间：2020-03-18 10:14

【摘要】：众所周知,航天飞行器的工作环境中存在着大量的辐射粒子。芯片作为航天计算机的核心,在高空辐射环境中,高能粒子所产生的辐射效应会导致占据芯片大部分面积的存储器发生单粒子翻转效应SEU,造成片上存储单元的错误翻转,从而影响系统的正常运行。X_DSP处理器是一款应用于航天领域的多核SoC,其处理器核之一PowerPC460核本身不具有加固能力。因此本文主要针对X_DSP处理器的PowerPC460处理器核原有存储机制以及纠检错加固算法展开研究,以实现对PowerPC460处理器核的错误的检测与纠正EDAC加固设计,保证了X_DSP在太空辐射环境中的安全性与可靠性。本文的主要工作包括以下几个方面:1、研究了X_DSP处理器的基本结构,并对PowerPC460片上存储器原有结构进行分析,并分析了加固需求,设计出了具体的加固方案。2、设计完成了BCH DEC-TED编码和解码算法的RTL级代码,包括校验矩阵的获得、校验位以及校正子的生成等,最终实现若信息数据出现一位错或者两位错能够纠正,出现三位错能够检测出来,并能够计算出出错位置。并通过脚本语言python设计了基于BCH码的纠二检三参数化模板,包括纠二检三的编码参数化模板的设计和译码参数化模板的设计,完成了根据需求参数便可快速生成对应BCH纠二检三编解码RTL代码的模板。3、针对PowerPC460的加固,设计了一系列EDAC加固控制寄存器,并通过使用这些加固控制寄存器,为PowerPC460的存储体设计了EDAC的后台刷新机制、两种不同的纠检错机制、后台缓冲机制等。通过这些加固机制的设计,最终实现了对PowerPC460两种不同纠错能力的EDAC加固设计。4、对前期基础Hsiao码的SEC-DED的编解码算法、以及本文中设计的BCH码DEC-TED编解码算法模块分别进行了验证,以及对EDAC加固设计的功能点进行验证,然后进行了PowerPC460的单核级、系统级以及FPGA验证。最后对两种不同纠检错能力的加固设计进行评估,根据评估结果为X_DSP处理器的加固设计选择了合适的加固方案。
【图文】：

自然辐射,环境,空间,高安全性

空间自然辐射环境

总体结构,处理器,多核

第二章 PPC460 加固设计需求及方案设计章首先掌握了 X_DSP 处理器的基本结构。接着对 PowerPC460 处理器的行分析，其中主要包括对 PowerPC460 处理器的 ICA 指令存储体以及 D体的原有存储结构进行分析，并在对其结构清晰化了解的基础上，总结需求。最后在此基础上，对 PowerPC460 处理器的 ICA 以及 DCA 存储加固方案。X_DSP 处理器结构向航天数字信号处理与视频应用需求，，X_DSP 是款视频增强型百亿作为种多核的系统级芯片 SoC，X_DSP 是由 2 颗 DSP 内核和 1 颗 CPwerPC460 核）构成的异构多核 DSP 芯片。其中 DSP 工作主频 400MHz，计算能力。如图 2.1 为多核的系统级 SoC 芯片 X_DSP 的总体结构图。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V446;TP332

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