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基于CPLD的容错存储器的设计实现
作者:全球MRO综合服务商    仪器仪表技术文章来源:全球MRO仪器仪表交易网    点击数:    更新时间:2006-10-11

随着各种电路和芯片的性能(速度、集成度等)不断提高,尤其是在军事、航空航天等用途中对可靠性的要求往往是第一位的,人们对于系统的可靠性方面的要求日益增加,这对电路系统的设计和制造都提出了严格的目标要求。

存储器是电路系统中最常用的器件之一,采用大规模集成电路存储芯片构成。实际统计表明,存储器在太空应用中的主要错误是由瞬态错误(也叫单个事件扰动,SEU)所引起的一位错[1]或者相关多位错,而随机独立的多位错误极少。半导体存储器的错误大体上分为硬错误和软错误,其中主要为软错误。硬错误所表现的现象是在某个或某些位置上,存取数据重复地出现错误。出现这种现象的原因是一个或几个存储单元出现故障。软错误主要是由α粒子引起的。存储器芯片的材料中含有微量放射性元素,他们会间断地释放α粒子。这些粒子以相当大的能量冲击存储电容,改变其电荷,从而引起存储数据的错误。引起软错误的另一原因是噪声干扰。同时在太空环境下,在带电粒子足够能量撞击下,存储器的存储单元中的位发生翻转从而产生SEU错误 [2] 。本文设计实现了用CPLD技术和纠检错芯片对存储器进行容错,大大提高了系统的可靠性。下面是具体容错存储器和门警电路的设计。

1 检错与纠错原理

常用的能检测2位错同时能纠正1位错(简称纠一检二,SEC-DED [3、4] )的纠错码有扩展汉明码(Extended Hamming Code)和最佳奇权码(Optimal  他们的最小码距都为4,两者有相似之处,如冗余度一样,对于数据位数k,校验位数r应满足2 r-1 ≥k+r。当k=16时,r=6,数据位长增加1倍,校验位数只需增加1位,编码效率较高。另外从来源上讲,两者分别是汉明码的扩展码和截短码,也有资料称最佳奇权码为修正汉明码(Modified Hamming Code)。文献[4]介绍了SEC-DED和SEC-AUED)码的编解码理论。从性能上看最佳奇权码比扩展汉明码更为优越,前者在纠检错能力方面也优于后者,他的3位错误的误纠概率低于后者,而4位错误的检测概率高于后者,最重要的是他便于硬件实现,故应用的最多,本文采用最佳奇权码。

首先构造最佳奇权码的校验矩阵即H矩阵,最佳奇权码的H矩阵应满足:

(1)每列

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