基于SoC的實(shí)時信號處理系統(tǒng)中存儲系統(tǒng)

容錯存儲系統(tǒng)的硬件支持
具有容錯糾錯能力的存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。存儲系統(tǒng)的容錯方案和不考慮容錯的存儲系統(tǒng)相比，需要在原有模塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改并增加一些設(shè)計。主要包含以下幾個方面：

(1)增加存儲顆粒。為了實(shí)現(xiàn)存儲系統(tǒng)的容錯和糾錯能力，增加一定數(shù)量的存儲顆粒是必須的。在存儲顆粒陣列中增加冗余的行列按照行列的二級冗余存儲形式組織。為了適應(yīng)SoC實(shí)時信號處理系統(tǒng)的特點(diǎn)，需要對存儲系統(tǒng)顆粒陣列的信號連線進(jìn)行有針對性的修改，從而使系統(tǒng)能通過軟件配置或硬件自檢來實(shí)現(xiàn)糾錯或容錯，并有效地支持包含糾錯容錯轉(zhuǎn)換的總體方案。

(2)在寄存器堆中為容錯系統(tǒng)分配一定的寄存器地址空間。這些寄存器地址空間由多個部分組成，主要包括系統(tǒng)工作狀態(tài)寄存器，記錄系統(tǒng)各個存儲期間的狀態(tài)；系統(tǒng)糾錯方案配置寄存器，配置系統(tǒng)可以采用的糾錯方式和糾錯能力。

(3)增加糾錯碼編碼解碼模塊具有容錯功能的地址生成。糾錯碼可以采用多種方式，如海明碼、CRC碼等。具有容錯功能的地址生成模塊使系統(tǒng)可以根據(jù)容錯寄存器的內(nèi)容，重新生成數(shù)據(jù)的寫入地址和讀出地址。

(4)增加自測邏輯生成模塊。當(dāng)軟件命令配置了寄存器開始進(jìn)行自檢時，自測邏輯不再處理總線上接收的命令，自動生成測試用代碼和地址進(jìn)行寫讀檢測，使系統(tǒng)可以根據(jù)對存儲顆粒的工作狀態(tài)進(jìn)行有效的分析，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)硬件故障時，就修改寄存器空間中的相關(guān)寄存器，以便系統(tǒng)自動啟動糾錯和容錯功能。

(5)修改地址變換和數(shù)據(jù)重組功能模塊。修改后的數(shù)據(jù)重組需要依據(jù)寄存器空間中的故障情況對數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組織，以便達(dá)到容錯和糾錯的功能。

冗余存儲顆粒的組織

為了實(shí)現(xiàn)存儲系統(tǒng)的容錯，在存儲顆粒陣列中采用行列二級冗余組織模式。但是根據(jù)SoC系統(tǒng)的特點(diǎn)，需要對存儲系統(tǒng)顆粒陣列的信號連線進(jìn)行有針對性的修改，從而使系統(tǒng)能通過軟件配置或硬件自檢來實(shí)現(xiàn)糾錯或容錯，并有效地支持包含糾錯容錯轉(zhuǎn)換的總體方案。設(shè)計具有糾錯容錯功能的存儲系統(tǒng)主要需要考慮以下幾個方面：①系統(tǒng)的糾錯能力。②系統(tǒng)的容錯能力。由于存儲系統(tǒng)受到輻射的影響，可能會發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的硬件錯誤，這時候可以啟動系統(tǒng)中的冗余模塊來實(shí)現(xiàn)容錯功能。容錯系統(tǒng)正常工作的概率是系統(tǒng)容錯能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)。③冗余存儲顆粒的數(shù)目。加入冗余顆粒是實(shí)現(xiàn)容錯存儲系統(tǒng)的必要條件，但是冗余顆粒的位置、連接方式和控制策略等方面都會影響整體的容錯能力，用盡量少的冗余存儲顆粒實(shí)現(xiàn)盡量強(qiáng)的容錯功能是系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)。④需要增加的管腳數(shù)目。存儲顆粒的數(shù)目以及存儲顆粒的組織方式都會影響實(shí)時信號處理系統(tǒng)需要外連的管腳數(shù)目。

在綜合考慮了以上四個方面以后，形成了具有容錯糾錯的存儲系統(tǒng)中顆粒的排放方式。在原系統(tǒng)中，共有16片512Mbit的存儲顆粒，組織方式如圖3所示。

在容錯顆粒組織方式中，冗余存儲模塊的基本排放采用的是行列二級冗余模式。為了適應(yīng)實(shí)時信號處理器的特點(diǎn)，新方案對存儲系統(tǒng)顆粒陣列的信號連線進(jìn)行了有針對性的修改，從而使系統(tǒng)能通過軟件配置或硬件自檢來實(shí)現(xiàn)糾錯或容錯，并有效地支持了包含糾錯容錯轉(zhuǎn)換的總體方案。設(shè)在系統(tǒng)中增加i排j列存儲顆粒，則用Mem(i，j)表示此時的容錯存儲系統(tǒng)。信號線所需要的改動包括如下幾個部分：

(1)每列的顆粒。需要新的8bit數(shù)據(jù)線，新的地址線低2bit，每列增加一根DQS信號線。

(2)每排增加的顆粒。數(shù)據(jù)和地址與已有的每排顆粒復(fù)用，每排增加一根CS片選信號。

(3)除CS之外，所有顆粒共用所有控制信號。存儲系統(tǒng)增加冗余存儲顆粒后，存儲顆粒、信號連線和所占管腳都需要相應(yīng)地增加。Mem(i，j)存儲系統(tǒng)中關(guān)于顆粒需要增加的資源包括：①共需要8i+2j+ij個冗余顆粒。②共需增加i根CS信號，j根DQS信號，2j根低位地址信號，8j根數(shù)據(jù)信號。這樣對于實(shí)時信號處理器，共需增加管腳數(shù)為i+11j，Mem(i，j)存儲系統(tǒng)所具有的容錯能力以及Mem(i，j)的選擇將在第4節(jié)進(jìn)行詳細(xì)討論。

邏輯設(shè)計對容錯的支持

為了實(shí)現(xiàn)糾錯容錯方案，必須在邏輯設(shè)計上作出相應(yīng)的改動，主要包括：①為容錯系統(tǒng)分配一定的寄存器地址空間。②增加糾錯碼生成、糾錯碼解碼模塊，具有容錯功能的地址生成。③增加自測邏輯生成模塊。④修改地址變換和數(shù)據(jù)重組功能模塊。

容錯系統(tǒng)的相關(guān)寄存器
為了實(shí)現(xiàn)整個存儲系統(tǒng)的容錯和糾錯，需要在寄存器堆中為容錯系統(tǒng)分配一定的寄存器地址空間。這些寄存器地址空間由多個部分組成，主要包括：系統(tǒng)工作狀態(tài)寄存器，記錄系統(tǒng)各個存儲期間的狀態(tài)；系統(tǒng)糾錯方案配置寄存器，配置系統(tǒng)可以采用的糾錯方式和糾錯能力。相關(guān)寄存器的功能定義如表1所示(以Mem(i，j)為例)。