基于SoC的實(shí)時(shí)信號處理系統中存儲系統

在現代信息社會(huì )中，嵌入式系統由于其靈活性及方便性得到了越來(lái)越廣泛的使用。采用SoC技術(shù)可以將整個(gè)系統集成到單個(gè)芯片之中，其具有體積小、重量輕、功耗小、IP復用等優(yōu)點(diǎn)。SoC技術(shù)目前正成為嵌入式實(shí)時(shí)系統發(fā)展的一個(gè)趨勢，得到越來(lái)越廣泛的應用。

系統的糾錯和容錯能力具有十分重要的意義。這里的容錯是指當部分存儲器件損壞無(wú)法工作時(shí)，系統可以有效地利用冗余器件，通過(guò)硬件檢測或軟件指令配置，使存儲系統能夠繼續正常工作。糾錯是指當讀寫(xiě)數據中出現一位或多位數據出錯時(shí)，系統自動(dòng)計算出正確數據的機制，通常情況下，是通過(guò)被動(dòng)硬件冗余防止故障造成差錯。常用的方法有三模冗余(TMR)、N模冗余、表決技術(shù)等。但此類(lèi)方法所需附加硬件多，花費代價(jià)非常昂貴，同時(shí)造成功耗、重量及體積增大很多。當系統發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)對整個(gè)系統進(jìn)行替換來(lái)保證整個(gè)存儲系統的可靠性；另一方面，此類(lèi)方法由于欠缺靈活性，如果多個(gè)冗余部分同一位置上的芯片都發(fā)生故障，則整個(gè)系統仍然無(wú)法使用，備份效率也不是很高。

本文針對潛入式實(shí)時(shí)數字信號處理系統的特點(diǎn)，重新組織DDR存儲顆粒的結構，添加冗余顆粒和相關(guān)寄存器，改寫(xiě)控制IP，設計了一種新的具有容錯糾錯自適應功能的二級冗余存儲體系結構。它僅需增加少量的冗余器件就可以容忍系統中較多數目的器件故障。在系統沒(méi)有故障的情況下，存儲顆?？梢圆捎煤Ｃ鞔a等EDAC碼進(jìn)行糾錯；當系統中部分器件出現故障時(shí)，系統可以通過(guò)軟件配置或硬件自動(dòng)檢測，自動(dòng)利用冗余模塊進(jìn)行容錯；當故障進(jìn)一步增多時(shí)，可以適當降低系統的糾錯能力，若錯誤過(guò)多，還可以將原先用于糾錯的顆粒改為用于容錯，使系統能夠繼續正常地工作。通過(guò)數學(xué)模型的量化分析，新的存儲系統容錯方案可以有效地提高存儲系統的可靠性。

存儲系統容錯方案系統結構

容錯存儲系統工作流程
冗余存儲顆粒排放方式采用二級冗余的組織形式，整個(gè)存儲系統容錯方案的工作流程如圖1所示。

該容錯方案具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)可變的糾錯能力。系統支持海明碼或CRC等EDAC碼，并且當系統出現部分不可逆轉故障時(shí)，可以自動(dòng)降低糾錯能力。比如，原先系統可以支持每16bit糾1bit錯的能力，當存儲顆粒出現部分錯誤時(shí)，可以降低為每32bit糾1bit錯。

(2)系統自檢和容錯系統自修復。當系統出現不可逆轉故障時(shí)，系統可以通過(guò)簡(jiǎn)單的軟件命令實(shí)現系統錯誤自檢，并自動(dòng)利用冗余模塊啟動(dòng)容錯功能，使系統仍然保持正常工作。

(3)糾錯能力與容錯能力之間的轉換。當系統故障的模塊過(guò)多，冗余模塊已經(jīng)不能保證系統的正常工作，則系統可以自動(dòng)將部分原先用于糾錯的存儲顆粒改為用于容錯功能。這時(shí)，系統的糾錯能力會(huì )下降或被放棄，但至少能保證系統繼續基本正常的工作。

(4)采用行列二級冗余形式，首先利用冗余的行冗余進(jìn)行糾錯，行冗余消耗完畢再利用列冗余進(jìn)行糾錯。