基于LEON3处理器外部存储器控制器加固设计

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SoC中的存储器在辐射环境中容易受到各种辐射效应的影响。其中总剂量效应和单粒子效应对存储器的影响最大。总剂量效应使存储器MOS管阈值电压漂移、漏电增大,从而导致其电路速度降低、功耗增加甚至失效。单粒子效应可能使存储器发生硬错误和软错误。随着集成电路工艺的不断进步,特征尺寸不断缩小,总剂量效应对存储器的影响在不断减小,而存储器由于单粒子效应发生翻转的概率却越来越高。因此,在设计抗辐射SoC时可以采用错误探测与纠正(EDAC)技术加固外部存储器控制器(EMC),提高外部存储器抗单粒子翻转能力。本文首先介绍线性分组码理论,研究其编解码电路实现方式,并采用修正汉明码(39,32)和BCH码设计错误探测和纠正电路。修正汉明码(39,32)能够纠正任意一位错误,并探测两位错误。采用该码设计的错误探测与纠正电路保护存储在PROM中的数据。而加固SRAM的错误探测与纠正电路采用BCH码。本文使用的BCH码为扩展码BCH(45,32),它能够纠正任意两位错误,并探测三位错误。由于编解码电路应用于外部存储器,需要并行译码,因此本文采用查表译码方式实现译码。在设计好编解码电路的基础上,本文研究了错误探测与纠正电路的实现。由于对PROM加固的错误探测与纠正电路结构简单易于实现,本文重点设计对SRAM加固的错误探测与纠正电路。对SRAM加固的错误探测与纠正电路,支持8位、16位和32位数据读写操作。此外,它能够纠正数据中任意两位错误,并能将纠正后的数据重新写入存储器中避免软错误的积累。最后,使用Verilog语言实现具有错误探测与纠正功能的外部存储器控制器,并搭建基于LEON3处理器SoC验证平台对其进行了系统验证,结果表明设计的电路能够正常工作。
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