用于北斗信号处理复杂运算芯片的快速软错误检测方法

本发明属于集成电路设计与可靠性，特别涉及一种可应用于北斗信号处理等含复杂运算芯片的快速软错误检测方法，利用该方法可以实时检测诸如北斗信号处理等含复杂运算芯片中存在的软错误。

背景技术：

1、随着集成电路技术不断发展、器件特征尺寸的降低，电路的供电电压也随之降低，规模与复杂性则呈指数级上升。因此，在航空航天、汽车、医疗等安全领域的电子硬件更容易受到软错误影响，尤其是seu（single event upset，单粒子翻转）干扰，从而给安全带来隐患。如何快速判断执行复杂运算的集成电路（尤其是可配置器件）输出结果是否正确，成为了高安全领域集成电路需要关注的设计重点。

2、如机载北斗数字信号处理芯片相关信号收发处理过程涉及到大量复杂运算，这些复杂运算容易受到seu的干扰，进而产生运算软错误，造成难以预料的安全威胁（如定位错误，导航错误等），这在高安全领域是难以接受的。

3、针对软错误检测难题，目前硬件层级主要通过电路冗余技术或使用校验码来解决；但是在特定场景下，受面积和成本的限制，或已设计代码不易修改。此时，需要一种成本可控的检测方案，可以在发生软错误时，以一定概率将软错误发现并进行警告，以降低产品静默故障的概率。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于北斗信号处理复杂运算芯片的快速软错误检测方法，从而尽量在不影响设备本身运算处理速度的情况下避免软错误对数字电路运行造成未通告的不利影响。

2、为了达到上述目的，本发明提供的用于北斗信号处理复杂运算芯片的快速软错误检测方法包括按顺序进行的下列步骤：

3、步骤0）构造快速软错误检测电路，所述快速软错误检测电路包括快速流表匹配模块、静态随机存储器（static random-access memory，sram）、计数器和数据比较器；其中，快速流表匹配模块包括处理单元（processing element，pe）和地址译码器；

4、步骤1）：根据不同设计的应用场景，选择一些出现频次较高、具有典型性的数据作为快速软错误检测电路的输入数据，通过理论计算或测试仿真获取这些数据正确的输出数据；

5、步骤2）：将步骤1）获得的输出数据存入静态随机存储器中指定的地址，然后利用输入数据与相对应于输入数据的输出数据在静态随机存储器中的地址上编译出规则集；

6、步骤3）：将步骤1）获得的输出数据与步骤2）获得的规则集利用规则编码器进行预编码，获得比特向量（bit vector， bv）阵列并存储在快速流表匹配模块的处理单元中，用于后续的查找匹配操作；

7、步骤4）：将待测数据分别输入快速流表匹配模块和待测电路（device undertest，dut）中；当待测数据为某一提前设定的典型数据时，待测电路将执行复杂运算，快速流表匹配模块则根据待测数据与编码规则的匹配关系，直接从步骤3）获得的存储在处理单元中的比特向量阵列中读出相应的比特向量值，并将比特向量值送入地址译码器，利用地址译码器对该比特向量值进行解码而获得对应的静态随机存储器的地址，该地址将用于后续读取静态随机存储器中的数据；

8、步骤5）：通过步骤4）获得的地址在静态随机存储器中读取出对应于输入的待测数据的理论输出数据，等待待测电路达到计数器的设定值时完成运算获得实际输出数据，然后将理论输出数据和实际输出数据送入数据比较器；

9、步骤6）：由数据比较器将步骤5）中获得的理论输出数据与待测电路给出的实际输出数据进行比较，如果一致，则说明待测电路的数据未受软错误影响，实际运行结果可靠，正误判断信号为真，输出最终运算结果；如果不一致，则说明待测电路的数据受软错误影响，输出结果不可靠，最终运算结果输出为0，正误判断信号为假，说明该待测电路运算不可靠。

10、在步骤4）中，所述待测电路为北斗设备、机载电子硬件或相关高安全领域设备。

11、在步骤5）中，所述计数器的设定值的设定方法是：设快速软错误检测电路查找完成时刻为t0，待测电路运算完成时刻为t1，两者差值为δt= t1- t0，以差值δt中的时钟周期数为计数器的设定值。

12、本方法可应用在诸如北斗信号处理等包含复杂运算的芯片，支持在线检查芯片seu效应，判断芯片是否运算出错。另外本检测电路进行软错误检测速度快，资源占用小，可在多种应用场景下对芯片输出结果、甚至中间运算过程结果进行快速抽样检查，因此能够解决复杂运算场景下软错误难以发现的问题。

技术特征：

1.一种用于北斗信号处理复杂运算芯片的快速软错误检测方法，其特征在于：所述快速软错误检测方法包括按顺序进行的下列步骤：

2.根据权利要求1所述的用于北斗信号处理复杂运算芯片的快速软错误检测方法，其特征在于：在步骤4）中，所述待测电路为北斗设备、机载电子硬件或相关高安全领域设备。

3.根据权利要求1所述的用于北斗信号处理复杂运算芯片的快速软错误检测方法，其特征在于：在步骤5）中，所述计数器的设定值的设定方法是：设快速软错误检测电路查找完成时刻为t0，待测电路运算完成时刻为t1，两者差值为δt= t1- t0，以差值δt中的时钟周期数为计数器的设定值。

技术总结
一种用于北斗信号处理复杂运算芯片的快速软错误检测方法。其包括构造快速软错误检测电路；获取输出数据；编译规则集；获得比特向量阵列并存储在处理单元中；获得静态随机存储器的地址；然后将理论输出数据和实际输出数据送入数据比较器；将理论输出数据与待测电路给出的实际输出数据进行比较。本方法可应用在诸如北斗信号处理等包含复杂运算的芯片，支持在线检查芯片SEU效应，判断芯片是否运算出错。另外本检测电路进行软错误检测速度快，资源占用小，可在多种应用场景下对芯片输出结果、甚至中间运算过程结果进行快速抽样检查，因此能够解决复杂运算场景下软错误难以发现的问题。

技术研发人员：范毓洋,李开泰,王鹏,马振洋,金志威
受保护的技术使用者：中国民航大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12