微处理器容软错误设计量化评估指标及评估方法

针对高可靠微处理器软容错设计,提出了一种新的可靠性度量标准,增强的平均无失效工作量,以解决现有度量标准没有综合考虑性能、面积、功耗开销带来的可靠性降低的缺点;提出了一种评估方法对增强的平均无失效工作量以及两种控制流检测技术进行定量评估。评估结果表明,软硬件结合的控制流检测技术较好地折中了可靠性、性能、面积和功耗。量化评估指标全面考虑了多种开销对微处理器可靠性的影响,采用相应的评估方法可以更加准确地对微处理器可靠性加固手段进行定量评估,以指导设计探索和设计优化。     

轻量级SpaceFibre节点高速传输系统的优化设计

为满足卫星有效载荷间SpaceFibre链路的高带宽、高可靠性和轻量化的应用需求,提出一种SpaceFibre节点传输系统的优化设计。该设计采用基于帧累计的增量化计算方法减少了计算电路的冗余;通过四级流水架构满足了错误检测操作的时序要求,使用循环冗余校验共享机制平衡了硬件资源的使用;采取基于完整应答的双层控制策略提升了系统的可靠性,通过构建面向资源优化的控制状态机和存储架构简化了确认重传算法的实现逻辑。使用型号为XC7Z100FFG900-2的FPGA搭建双节点系统,板级验证表明:该设计满足协议规范,与同类设计方案相比,最高工作频率提高1.5倍,支持最高6.25 Gbit/s的传输速率,查找表资源和存储资源降低,寄存器资源相近,为开发具有自主知识产权的高速可靠SpaceFibre编解码器提供了参考。     

一种基于层次位线缓冲的异步片上路由器

片上缓存资源是片上路由器的重要组成部分,其结构好坏直接关系到片上互联网络的实现复杂度、整体性能及功耗开销。鉴于异步电路的握手工作方式,异步路由器一般采用基于移位寄存器的异步FIFO(First In First Out)实现片上缓冲,这种结构导致了报文传输延迟及数据翻转次数增加。提出一种基于层次位线缓冲的异步FIFO结构,设计实现了一种新的异步路由器结构。相对于传统异步路由器,新的异步路由器能够有效降低路由器设计的硬件复杂度,减少数据的冗余翻转,降低功耗。实验结果表明在相同配置的情况下,新异步路由器面积降低了39.3%;当异步FIFO深度为8的时候,新异步路由器能够获得41.1%的功耗降低。     

一款0.18μm CMOS辐射加固差分压控振荡器

基于对称负载压控振荡器(VCO)的单粒子瞬变(SET)失效机理,应用设计加固(RHBD)技术分别改进了偏置电路和环形振荡器,设计和实现了一款0.18μm CMOS辐射加固差分VCO.模拟结果表明:加固VCO的SET敏感性大幅降低,同时还降低了抖动对于电源噪声的敏感性.虽然电路结构变化会导致频率下降,但可以通过调整电路尺寸而解决.此外,加固VCO面积开销有所降低,优于其他加固方法.     

面向能耗有效高性能嵌入式微处理器的VLIW调度

为了降低功耗,目前能耗有效的嵌入式微处理器一般都采用分布式与层次化的寄存器文件结构。第一层的超小寄存器文件(TORF)的极小容量使得很多数据必须存放到第二层的通用寄存器文件(GRF)中,这给编译器带来了新的挑战。通过分析程序特征,提出了新的VLIW调度算法,通过在编译时对变量进行检测,在恰当的时机插入虚拟的copy操作并进行指令与通信调度,为对寄存器需求较大的全局变量与软流水变量构建了新的包含GRF的数据传输路由,将对TORF的压力转移到GRF中。实验结果表明,新的VLIW调度算法符合处理器的设计初衷。与不使用GRF相比,在程序性能只降低约8%的情况下,降低了约51%的寄存器访问能耗,43%的处理器能耗。最关键的是避免了程序员手工分配优化的难题。     

多核环境下负载均衡的并行离散事件全局调度机制

分析了多核环境下传统的离散事件时间弯曲并行系统的性能,针对其事件调度开销小和负载均衡能力强难以兼得的问题,提出了一种基于分布式队列的全局调度机制,设计了相应的数据结构和调度算法,大大减少了锁开销.通过大量实验对多核环境下几种典型离散事件系统并行策略的性能分析表明,本文提出的全局调度策略不仅事件调度开销小,而且回滚率大大降低,有效克服了传统策略回滚量较大或难以实现动态负载平衡的情况,并具备良好的可扩展性.     

单片机系统常用软硬件抗干扰措施

抗干扰性能是微机系统可靠性的重要指标,抗干扰设计是单片机系统研制中不容忽视的重要内容。单片机系统的可靠性由多种因素决定,从干扰的来源和途径,分析干扰对单片机主要硬件CPU、SFR、RAM、ROM及软件的影响,探索抗干扰的原理和设计方法。提出从电源、输入通道、印制板电路加强硬件抗干扰;通过开机自检、掉电保护、睡眠抗干扰及"看门狗"等技术,采用指令冗余和软件陷阱等软件措施,及时发现干扰导致的错误,使系统尽快恢复正常或及时报警,最大限度降低干扰对系统的影响,有效提高单片机系统在恶劣工况下运行的可靠性。     

利用分时刷新和位置约束的卫星载荷BRAM抗辐照设计方法

为解决星载资源严格受限条件下,静态随机存取存储器型现场可编程门阵列中块随机存储器(block random access memory, BRAM)的轻量级、高可靠抗辐照加固难题,提出了一种基于分时刷新和位置约束的卫星载荷BRAM抗辐照加固设计方法,通过监控算法执行时隙实现BRAM分时刷新,并增加位置约束有效降低三模冗余后两模设计同时发生异常的概率,以较少的资源消耗有效提升BRAM在轨抗辐照可靠性。重离子加速试验结果表明,采用分时刷新和位置约束加固方法后,卫星载荷单粒子功能中断截面下降约81.63%,在轨BRAM异常由3颗星2年发生3次减少为25颗星2年未发生,在轨抗辐照可靠性大幅提升。     

水下传感器网络冗余设计

冗余设计可以有效地延长水下传感器网络寿命和提高网络可靠性,基于可靠性理论,考虑水下传感器网络环境及节点垂直移动等约束,在对冗余非共享方案研究的基础上,结合水下传感器网络特点,提出了适合于水下传感器网络特点的冗余共享设计方案,并给出了冗余共享方案的可靠性模型,通过数值计算,研究了网络可靠性变化曲线及冗余节点数与网络寿命的关系。经过MATLAB软件仿真,表明在同一网络寿命情况下,相对于冗余非共享方案,冗余共享方案所需冗余节点数更少,降低了网络部署成本,达到了冗余优化的目的。     

面向战场信息分发的应用层可靠组播策略

应用层组播是一种实现网络中心战环境下一对多战场信息分发的有效途径,在对网络中心战环境下应用层组播研究面临的各类问题进行分析的基础上,重点对组播可靠性问题进行了研究,提出了一种可靠组播策略,通过反压技术和备份缓存的方式来保证端对端传送的可靠性,对组播树的错误恢复算法进行了设计.并提供了一种随机路由的辅助策略来改善可靠组播传送的效率,从而满足战场信息分发的高效和高可靠性需求.     

65纳米工艺双层三维静态存储器的软错误分析与评估

首先搭建了3D SRAM软错误分析平台,可以快速、自动分析多层die堆叠结构3D SRAM的软错误特性。此平台集成了多种层次模拟软件Geant4、TCAD、Nanosim,数据记录处理软件ROOT,版图处理软件Calibre,以及用于任务链接和结果分析的Perl和shell脚本。利用该平台,对以字线划分设计的3D SRAM和同等规模的2D SRAM分别进行软错误分析,并对分析结果进行了对比。对比分析表明2D 和3D SRAM的翻转截面几乎相同,但3D SRAM单个字中发生的软错误要比2D SRAM更严重,导致难以使用ECC技术对其进行加固。静态模式下2D SRAM和3D SRAM敏感节点均分布于存储阵列中,表明静态模式下逻辑电路不会引发软错误。     

分布式火控系统实时通信的设计实现

实时可靠的通信系统是实现分布式火控的关键。介绍了在一个小型实时通信系统的设计中,为保证通信的实时性采取了节拍控制、数据分级、重发限制等方法,为提高通信可靠性采用了断路重组技术、差错控制和冗余技术,软件采用了面向对象分层次模块化设计的方法,提高了可维性和可扩展性。通过这些措施,实现了5km距离内数据和语音的多点实时传输,误码率小于10-6,通信时延小于150ms,满足了分布式火控系统的要求。     

采用模糊控制的直流电机软启动及调速系统

介绍了以单片机为核心的直流电机软启动及调速系统,系统采用模糊控制策略,将转速偏差与偏差率模糊化并作为模糊控制器的输入量,根据所制定的模糊控制规则生成控制量。实验结果表明,该系统启动时间可以根据需要调整,具有良好的静态和动态性能。     

临近空间中子环境及其探测

在临近空间辐射环境的诸多因素中,中子对飞行器的安全、可靠运行以及人员健康的威胁最为严重。文章介绍了临近空间中子的来源及其对飞行器和人体的危害,指出临近空间中子探测研究的重要意义,简要阐述了临近空间中子探测的原理与方法,最后探讨了临近空间中子探测领域所涉及的几个关键问题。     

A unified model incorporating yield,burn‐in,and reliability

The correlated improvement in yield and reliability has been observed in the case studies on integrated circuits and electronic assemblies. This paper presents a model that incorporates yield and reliability with the addition of a burn‐in step to explain their correlated improvement. The proposed model includes as special cases several yield and reliability models that have been previously published and thus provides a unifying framework. The model is used to derive a condition for which yield functions can be multiplied to obtain the overall yield. Yield and reliability are compared as a function of operation time, and an analytical condition for burn‐in to be effective is also obtained. Finally, Poisson and negative binomial defects models are further considered to investigate how reliability is based on yield. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics, 2004.     

状态机嵌入DEVS的组合建模方法研究

DEVS提供了模块化、层次化的系统建模和仿真执行框架,但是缺乏对于系统行为的抽象建模能力。状态图扩展了原有的FSM,通过可视化的、灵活的状态迁移图描述系统的复杂行为。提出将状态图嵌入DEVS的组合建模方法,互为补充,以建立复杂的离散控制系统。DEVS作为系统的建模框架并提供执行逻辑支持,状态图扩展DEVS的事件交互机制和时间推进机制,描述系统的行为逻辑。详细介绍了状态图和DEVS的语法语义,重点阐述状态图嵌入DEVS的实现机制。结合一个应用实例,说明嵌入状态图的DEVS用于建立离散控制系统模型的优势。     

基于ISA总线的CAN通讯卡的设计与实现

为实现PC机在控制局域网络 (CAN)中的应用 ,开发设计了一种PC机与CAN的接口———CAN通讯卡。该通讯卡采用微控制器完成底层的CAN通讯任务 ,并利用双口RAM与PC机进行数据交换 ;通过基于Win9x的PC机设备驱动程序实现上层应用程序对通讯卡的操作。该系统结构紧凑、可靠性高 ,已在磁悬浮列车控制系统中得到了成功应用。