基于SoC的實(shí)時(shí)信號處理系統中存儲系統

容錯存儲系統的硬件支持
具有容錯糾錯能力的存儲系統的結構圖如圖2所示。存儲系統的容錯方案和不考慮容錯的存儲系統相比，需要在原有模塊的基礎上進(jìn)行修改并增加一些設計。主要包含以下幾個(gè)方面：

(1)增加存儲顆粒。為了實(shí)現存儲系統的容錯和糾錯能力，增加一定數量的存儲顆粒是必須的。在存儲顆粒陣列中增加冗余的行列按照行列的二級冗余存儲形式組織。為了適應SoC實(shí)時(shí)信號處理系統的特點(diǎn)，需要對存儲系統顆粒陣列的信號連線(xiàn)進(jìn)行有針對性的修改，從而使系統能通過(guò)軟件配置或硬件自檢來(lái)實(shí)現糾錯或容錯，并有效地支持包含糾錯容錯轉換的總體方案。

(2)在寄存器堆中為容錯系統分配一定的寄存器地址空間。這些寄存器地址空間由多個(gè)部分組成，主要包括系統工作狀態(tài)寄存器，記錄系統各個(gè)存儲期間的狀態(tài)；系統糾錯方案配置寄存器，配置系統可以采用的糾錯方式和糾錯能力。

(3)增加糾錯碼編碼解碼模塊具有容錯功能的地址生成。糾錯碼可以采用多種方式，如海明碼、CRC碼等。具有容錯功能的地址生成模塊使系統可以根據容錯寄存器的內容，重新生成數據的寫(xiě)入地址和讀出地址。

(4)增加自測邏輯生成模塊。當軟件命令配置了寄存器開(kāi)始進(jìn)行自檢時(shí)，自測邏輯不再處理總線(xiàn)上接收的命令，自動(dòng)生成測試用代碼和地址進(jìn)行寫(xiě)讀檢測，使系統可以根據對存儲顆粒的工作狀態(tài)進(jìn)行有效的分析，并且當發(fā)現硬件故障時(shí)，就修改寄存器空間中的相關(guān)寄存器，以便系統自動(dòng)啟動(dòng)糾錯和容錯功能。

(5)修改地址變換和數據重組功能模塊。修改后的數據重組需要依據寄存器空間中的故障情況對數據進(jìn)行重新組織，以便達到容錯和糾錯的功能。

冗余存儲顆粒的組織

為了實(shí)現存儲系統的容錯，在存儲顆粒陣列中采用行列二級冗余組織模式。但是根據SoC系統的特點(diǎn)，需要對存儲系統顆粒陣列的信號連線(xiàn)進(jìn)行有針對性的修改，從而使系統能通過(guò)軟件配置或硬件自檢來(lái)實(shí)現糾錯或容錯，并有效地支持包含糾錯容錯轉換的總體方案。設計具有糾錯容錯功能的存儲系統主要需要考慮以下幾個(gè)方面：①系統的糾錯能力。②系統的容錯能力。由于存儲系統受到輻射的影響，可能會(huì )發(fā)生不可逆轉的硬件錯誤，這時(shí)候可以啟動(dòng)系統中的冗余模塊來(lái)實(shí)現容錯功能。容錯系統正常工作的概率是系統容錯能力的衡量標準。③冗余存儲顆粒的數目。加入冗余顆粒是實(shí)現容錯存儲系統的必要條件，但是冗余顆粒的位置、連接方式和控制策略等方面都會(huì )影響整體的容錯能力，用盡量少的冗余存儲顆粒實(shí)現盡量強的容錯功能是系統的設計目標。④需要增加的管腳數目。存儲顆粒的數目以及存儲顆粒的組織方式都會(huì )影響實(shí)時(shí)信號處理系統需要外連的管腳數目。

在綜合考慮了以上四個(gè)方面以后，形成了具有容錯糾錯的存儲系統中顆粒的排放方式。在原系統中，共有16片512Mbit的存儲顆粒，組織方式如圖3所示。

在容錯顆粒組織方式中，冗余存儲模塊的基本排放采用的是行列二級冗余模式。為了適應實(shí)時(shí)信號處理器的特點(diǎn)，新方案對存儲系統顆粒陣列的信號連線(xiàn)進(jìn)行了有針對性的修改，從而使系統能通過(guò)軟件配置或硬件自檢來(lái)實(shí)現糾錯或容錯，并有效地支持了包含糾錯容錯轉換的總體方案。設在系統中增加i排j列存儲顆粒，則用Mem(i，j)表示此時(shí)的容錯存儲系統。信號線(xiàn)所需要的改動(dòng)包括如下幾個(gè)部分：

(1)每列的顆粒。需要新的8bit數據線(xiàn)，新的地址線(xiàn)低2bit，每列增加一根DQS信號線(xiàn)。

(2)每排增加的顆粒。數據和地址與已有的每排顆粒復用，每排增加一根CS片選信號。

(3)除CS之外，所有顆粒共用所有控制信號。存儲系統增加冗余存儲顆粒后，存儲顆粒、信號連線(xiàn)和所占管腳都需要相應地增加。Mem(i，j)存儲系統中關(guān)于顆粒需要增加的資源包括：①共需要8i+2j+ij個(gè)冗余顆粒。②共需增加i根CS信號，j根DQS信號，2j根低位地址信號，8j根數據信號。這樣對于實(shí)時(shí)信號處理器，共需增加管腳數為i+11j，Mem(i，j)存儲系統所具有的容錯能力以及Mem(i，j)的選擇將在第4節進(jìn)行詳細討論。

邏輯設計對容錯的支持

為了實(shí)現糾錯容錯方案，必須在邏輯設計上作出相應的改動(dòng)，主要包括：①為容錯系統分配一定的寄存器地址空間。②增加糾錯碼生成、糾錯碼解碼模塊，具有容錯功能的地址生成。③增加自測邏輯生成模塊。④修改地址變換和數據重組功能模塊。

容錯系統的相關(guān)寄存器
為了實(shí)現整個(gè)存儲系統的容錯和糾錯，需要在寄存器堆中為容錯系統分配一定的寄存器地址空間。這些寄存器地址空間由多個(gè)部分組成，主要包括：系統工作狀態(tài)寄存器，記錄系統各個(gè)存儲期間的狀態(tài)；系統糾錯方案配置寄存器，配置系統可以采用的糾錯方式和糾錯能力。相關(guān)寄存器的功能定義如表1所示(以Mem(i，j)為例)。