抗SEU存儲器的設計的FPGA實現
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3.1 TMR模塊
在TMR工作模式下可完成數據的寫入操作和讀取操作中的冗余判決。如果在讀取過程中發(fā)現有一片RAM中的數據與其它三片不同，則對該片RAM進行正確數據的回寫;如果發(fā)現三片RAM中的數據都不相同，則產生中斷信號。
3.2 擴展?jié)h明碼模塊
在擴展?jié)h明碼工作模式下，當寫入數據時，則對其進行編碼;當讀取數據時，則對其進行相應的解碼，并判斷數據是否出錯。如果一位錯則自動回寫正確值，如果兩位以上的錯誤，則產生中斷信號。
3.3 模式選擇模塊
在該模塊內部設置有一個32位的模式配置寄存器。通過給模式配置寄存器的低18位進行預先置數，可以設置檢錯糾錯電路的工作模式，同時也就設置了RAM的內存配置情況。根據CPU的不同應用要求，模式控制模塊可以讓檢錯糾錯電路在擴展?jié)h明碼方式與TMR方式二者之間進行靈活的切換。
3.4 控制邏輯模塊
該電路模塊可根據電路所處的檢錯糾錯模式來控制相應的讀寫信號和內存片選信號，以便正確訪問RAM內容。
接下來對每個模塊在設計過程的具體考慮進行重點介紹。
4.1 TMR模塊
對于TMR模塊的設計較為簡單。需要特別指出的是，考慮到對電路有效性的驗證，在寫通道上另外添加了錯誤注入模塊。圖4所示是其設計框圖，圖中，ctrl_err為錯誤注入控制信號，當ctrl_err為0時，表示不注入錯誤;當ctrl_err為1時，表示注入錯誤。這樣可以通過對ct-rl_err信號的控制來實現對SEU效應的模擬。add_err[7..0]為注錯數據信號。將add_err的低四位用0000～1111表示，可用于表示給數據添加錯誤的位置，它的高四位甩XX01～XX11表示，則可分別表示要給RAM組中的某個RAM添加錯誤。
4.2 擴展?jié)h明碼模塊
擴展?jié)h明碼模塊的設計主要包括編碼模塊、伴隨式生成模塊以及差錯校驗模塊等。編碼模塊可使用式(1)進行編碼，可生成r個校驗位。并將它們依次添加到碼元序列的第2i-1(其中i=0，…，r-1)個位置上。伴隨式生成模塊使用式(2)進行解碼，可對應生成校驗子S。差錯控制模塊可根據生成的校驗子S來判斷數據是否出錯，以及出錯的位數，并用sef與def表示。如果數據沒有出現錯誤，則直接送出;如果數據中有一位出現錯誤，則對其進行回寫，同時將修正的數據送出;如果兩位出現錯誤，則輸出中斷信號int。
需要注意的是，擴展?jié)h明碼模式下的地址信號需要進行額外的處理。由于本設計采用了128K×16bit的SRAM芯片，它有17位地址信號。但是，正如上面提到過的，SRAM芯片組中將有4KB的存儲空間工作于TMR模式，還有248KB的存儲空間將工作于擴展?jié)h明碼模式，而248KB的空間需要18位地址信號，這就要求有一個對地址信號進行變換的模塊。當地址小于4KB 時，電路工作于TMR模式下而無需對地址進行變換;當地址大于等于4 KB同時小于128 KB時，電路工作于擴展?jié)h明碼模式，地址信號會選中第一個124 Kx(16+8)bit的空間，此時也無需地址變換;而當地址大于等于128 KB，電路也工作于擴展?jié)h明碼模式下，此時地址信號應選中第二個124 Kx(16+81bit的空間，此時則應將地址值加上4KB，然后取新的地址的低17位加到第二個124 Kx (16+8) bit的存儲空間上即可。
在上述TMR和擴展?jié)h明碼模塊的設計中，對出錯數據的回寫是設計中的重點和難點，主要應考慮是否回寫和何時回寫兩個問題。這兩個問題可由時序控制模塊來解決。它主要根據CPU的控制信號，適時的發(fā)出錯誤標示輸出使能信號flag_oe，從而改變CPU對RAM的讀寫狀態(tài)，完成
修正數據的正確回寫。
另外，電路中的錯誤標示信號對整體設計的穩(wěn)定性至關重要。為了保證錯誤標示信號的穩(wěn)定，可在雙向傳輸門B的讀入端加一個鎖存器，鎖存器的鎖存使能端也可由時序控制模塊的flag_latch來控制。
4.3 模式選擇模塊
模式選擇模塊用于接收來自CPU的配置信號config和片選信號cs_fpga，以便將32位的配置數據寫入配置寄存器。該寄存器的低18位數據為模式配置數據，地址信號通過與該數據進行比較，可使小于該地址的存儲器空間工作于TMR模式，大于該地址的存儲空間工作于擴展?jié)h明碼模式。
本電路采用軟件故障注入法來進行電路的有效性驗證，所以，在電路設計中，可將模式配置寄存器的其余14位用于注入外部干擾數據，并將其連接到ctrl_err與add_err信號，以用來進行軟件故障的注入，模擬SEU對電路的影響。
4.4 控制邏輯模塊
該模塊可接收模式選擇模塊的模式信號mode，以對TMR模塊和擴展?jié)h明碼模塊輸出的讀寫信號和片選信號進行選擇，然后輸出到RAM芯片的引腳上去，從而實現CPU對RAM的正確訪問。尤其是當電路工作于擴展?jié)h明碼模式時，還需根據地址信號判斷當前對哪個124 Kx (16+8)bit的存儲空間片選有效。其具體電路如圖5所示。
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