专利名称：抗辐射故障保护型存储装置及其抗辐射故障保护方法
技术领域：
本发明涉及一种抗故障保护型存储装置及其保护方法。
背景技术：
随着集成工艺尺寸的不断降低，集成电路对空间辐射环境和地面噪声环境越发地敏感，电路的正常工作状态受到严重地影响。错误修正码(ECC)是一种修正存储器中故障的常用方法。然而，随着存储器中相临单元之间的距离不断缩小，一次辐射事件造成多位翻转的几率大大地增加；同时由于ECC电路需要由编码器和译码器构成，这些组合电路会受到由辐射引起的单粒子瞬态效应的影响。因此，需要一种更为有效地的存储器故障保护 (Fault-Secure)加固技术，既可以修正存储阵列中的多位错误，又可以修正ECC电路中的辛曰误°汉明码(Hamming codes)是ECC中最为常见的一种纠错技术，它可以修正一位、探测两位错误。汉明码具有编码结构简单，易于实现等特点，但是它无法修正多于两位的错误。欧氏几何低密度单奇偶校验码(EG-LDPC)是目前已知的唯一具有故障保护能力的ECC 编码。EG-LDPC码是分组循环码的一种，它可以修正多个错误，同时具有高码增益和低误码率的特点，已经广泛应用于通信领域。EG-LDPC码还是一种大数逻辑可译码，相对于其它分组循环码的迭代译码方式，具有译码速度快的特点。具体译码方式如下首先通过计算接收的数据向量和自身的奇偶校验矩阵的内积，得到α个奇偶校验总和；然后α个奇偶校验总和输入到大数逻辑门中进行判断；如果大数门的输出结果为1，则传输数据发生错误需要翻转相应的数据位；如果大数门的输出结果为0，则传输数据正确，保持不变。一个ECC编码的故障保护能力是由其校正子(Syndrome)Si构成的探测器电路决定的。校正子探测电路可以探测编码器、译码器和自身电路输出的信息位是否正确，如果译码正确则校正子为0，如果译码中出现错误则校正子不为0。对于一个字长为η的EG-LDPC 码，它会产生η个校正子，用以产生探测信号并反馈回存储器，如果在编码器、译码器或探测器中出现无法修正的错误，则中断并重新发送出现错误的数据，从而使存储器具有了故障保护能力，修正方案如
图1所示。但是，并不是所有的ECC编码都具有故障保护能力。设J为ECC码的最小距离 (minimum distance)，则ECC该的最大纠错能力E为(J-I)/2，最大探测能力D为J-I，错误图样的重量(weight)满足0 < e < J-I0在编码器、译码器和校正电路中发生的错误分别用Εε、Ed和Es标记，存储阵列中的错误为&。对于普通ECC码需要满足彡E且E6 = & =0，而对于具有故障保护能力的ECC码则需满足EJEm彡E且艮+Em+Ed+Es彡D。假定故障保护ECC中错误图样重量为EJEJEd = e，则校正子电路在可检测范围内发生错误的重量应满足Es ^ J-1-e。要保证校正子电路中每个错误只影响一个校正子位，实现对校正子电路自身出现错误的探测，此时校正子的重量至少需要为J_e。目前已经证明EG-LDPC码的校正子重量可以满足大于J-e，因此具备故障保护的能力。由于EG-LDPC码需要较多的冗余位存放编码信息，而存储单元又占据了整个存储器的绝大部分面积，因此EG-LDPC码的故障保护方案会带来庞大的面积开销，增加了芯片的成本。此外，某些码段的EG-LDPC需要多步大数逻辑实现译码，从而带来过大的延迟开销，并不适合一些高速存储器的应用。
发明内容
本发明未解决现有存储阵列中出现的多位翻转又可以抑制编码器、译码器等组合电路中出现的单粒子瞬态效应，及现有EG-LDPC码因需要较多的冗余位存放编码信息而带来庞大的面积开销，增加芯片成本的问题；而提出了一种抗辐射故障保护型存储装置及其抗辐射故障保护方法。抗辐射故障保护型存储装置，它包括混合码编码组件和混合码译码组件；所述混合码编码组件由EG-LDPC码编码模块和汉明码编码模块组成；EG-LDPC码编码模块的信息编码数据输入端和汉明码编码模块的信息编码数据输入端同时与外部信息数据输出端相连；EG-LDPC码编码模块的EG-LDPC码编码数据输出端与存储阵列模块的EG-LDPC码编码数据输入端相连；汉明码编码模块的汉明码编码数据输出端与存储阵列模块的汉明码编码数据输入端相连；所述混合码译码组件由EG-LDPC码译码模块和汉明码译码模块组成； EG-LDPC码译码模块的EG-LDPC码译码数据输入端与存储阵列模块的EG-LDPC码译码数据输出端相连；汉明码译码模块的汉明码译码数据输入端与存储阵列模块的汉明码译码数据输出端相连；它还包括编码错误码探测组件和译码错误码探测组件；所述编码错误码探测组件由EG-LDPC码编码错误码探测模块和汉明码编码错误码探测模块组成；所述EG-LDPC码编码错误码探测模块的EG-LDPC码编码错误码探测数据输入端与 EG-LDPC码编码模块的EG-LDPC码编码数据输出端相连；所述汉明码编码错误码探测模块的汉明码编码错误码探测数据输入端与汉明码编码模块的汉明码编码数据输出端相连；所述译码错误码探测组件由EG-LDPC码译码错误码探测模块和汉明码译码错误码探测模块组成； 所述EG-LDPC码译码错误码探测模块的EG-LDPC码译码错误码探测数据输入端与 EG-LDPC码译码模块的EG-LDPC码译码数据输出端相连；所述汉明码译码错误码探测模块的汉明码译码错误码探测数据输入端与汉明码译码模块的汉明码译码数据输出端相连；所述EG-LDPC码译码错误码探测模块的EG-LDPC码译码伴随数据输入端同时与 EG-LDPC码译码模块的EG-LDPC码译码伴随数据输出端、汉明码译码模块的汉明码译码伴随数据输出端和汉明码译码错误码探测模块的汉明码译码伴随数据输入端与相连。采用上述的抗辐射故障保护型存储装置的抗辐射故障保护方法，它由以下几个步骤组成步骤1 根据需要加固存储器的数据宽度N，选择码字为(nl，kl)的EG-LDPC码和码字为(n2，k2)的汉明码；其中nl和kl分别为EG-LDPC码的码长和数据宽度，n2和k2分别为汉明码的码长和数据宽度；步骤2 将步骤1选择的码长为nl的EG-LDPC码分割成M个部分，M的取值与汉明码的码长n2相等，所述M个部分中的每一部分的长度至少2位；步骤3 把码长为π2的汉明码均勻地插入到EG-LDPC码分割的M个部分的间隔中， 使汉明码的每一个字节在物理布局上都是分隔的；若汉明码和EG-LDPC码的码长和信息位满足等式1和2，即构成一个数据宽度为N，码长为nl+n2的混合码； 2等式 1kl+k2 = N等式 2步骤4 通过故障保护约束算法来确保混合码的故障保护特性；设J为错误修正码的最小距离，e为错误图样的重量，对系统形式的校验矩阵
权利要求
1.抗辐射故障保护型存储装置，其特征在于它包括混合码编码组件( 和混合码译码组件(3)；所述混合码编码组件O)由EG-LDPC码编码模块(2-1)和汉明码编码模块(2_2) 组成；EG-LDPC码编码模块的信息编码数据输入端和汉明码编码模块0-2)的信息编码数据输入端同时与外部信息数据输出端相连；EG-LDPC码编码模块的EG-LDPC 码编码数据输出端与存储阵列模块(1)的EG-LDPC码编码数据输入端相连；汉明码编码模块0-2)的汉明码编码数据输出端与存储阵列模块(1)的汉明码编码数据输入端相连； 所述混合码译码组件(3)由EG-LDPC码译码模块(3-1)和汉明码译码模块(3- 组成； EG-LDPC码译码模块(3-1)的EG-LDPC码译码数据输入端与存储阵列模块(1)的EG-LDPC 码译码数据输出端相连；汉明码译码模块(3-2)的汉明码译码数据输入端与存储阵列模块(1)的汉明码译码数据输出端相连；所述存储装置还包括编码错误码探测组件(4)和译码错误码探测组件(5)；所述编码错误码探测组件由EG-LDPC码编码错误码探测模块 (4-1)和汉明码编码错误码探测模块(4- 组成；所述EG-LDPC码编码错误码探测模块(4-1)的EG-LDPC码编码错误码探测数据输入端与EG-LDPC码编码模块的EG-LDPC码编码数据输出端相连；所述汉明码编码错误码探测模块(4- 的汉明码编码错误码探测数据输入端与汉明码编码模块(2- 的汉明码编码数据输出端相连；所述译码错误码探测组件(5)由EG-LDPC码译码错误码探测模块(5-1)和汉明码译码错误码探测模块(5- 组成；所述EG-LDPC码译码错误码探测模块(5-1)的EG-LDPC码译码错误码探测数据输入端与EG-LDPC码译码模块(3-1)的EG-LDPC码译码数据输出端相连；所述汉明码译码错误码探测模块(5- 的汉明码译码错误码探测数据输入端与汉明码译码模块(3- 的汉明码译码数据输出端相连；所述EG-LDPC码译码错误码探测模块(5-1)的EG-LDPC码译码伴随数据输入端同时与 EG-LDPC码译码模块(3-1)的EG-LDPC码译码伴随数据输出端、汉明码译码模块(3- 的汉明码译码伴随数据输出端和汉明码译码错误码探测模块(5-2)的汉明码译码伴随数据输入端与相连。
2.采用权利要求1所述的抗辐射故障保护型存储装置的抗辐射故障保护方法，其特征在于它由以下几个步骤组成步骤1:根据需要加固存储器的数据宽度N，选择码字为(nl，kl)的EG-LDPC码和码字为(n2，k2)的汉明码；其中nl和kl分别为EG-LDPC码的码长和数据宽度，n2和k2分别为汉明码的码长和数据宽度；步骤2 将步骤1选择的码长为nl的EG-LDPC码分割成M个部分，M的取值与汉明码的码长n2相等，所述M个部分中的每一部分的长度至少2位；步骤3 把码长为π2的汉明码均勻地插入到EG-LDPC码分割的M个部分的间隔中，使汉明码的每一个字节在物理布局上都是分隔的；若汉明码和EG-LDPC码的码长和信息位满足等式1和2，即构成一个数据宽度为N，码长为nl+n2的混合码；步骤4 通过故障保护约束算法来确保混合码的故障保护特性；设J为错误修正码的最小距离，e为错误图样的重量，对系统形式的校验矩阵
全文摘要
抗辐射故障保护型存储装置及其抗辐射故障保护方法，它涉及一种抗故障保护型存储装置及其保护方法；它为解决现有存储阵列中出现的多位翻转又可以抑制编码器、译码器等组合电路中出现的单粒子瞬态效应，及现有EG-LDPC码因需要较多的冗余位存放编码信息而带来庞大的面积开销，增加芯片成本的问题而提出。方法1、选择EG-LDPC码和汉明码；2、将EG-LDPC码分割成M个部分3、把汉明码均匀地插入M个部分的间隔中；4、通过约束算法来确保混合码的故障保护特性；它具有低面积和延迟开销的特性，适用于同时抑制存储阵列中的多位翻转与编码器、译码器等组合电路中的单粒子瞬态效应。
文档编号G11C29/42GK102298973SQ20111014755
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者付方发, 周彬, 祝名, 肖立伊, 陈达燕 申请人:哈尔滨工业大学