基于SoC的实时信号处理系统中存储系统

在现代信息社会中，嵌入式系统由于其灵活性及方便性得到了越来越广泛的使用。采用SoC技术可以将整个系统集成到单个芯片之中，其具有体积小、重量轻、功耗小、IP复用等优点。SoC技术目前正成为嵌入式实时系统发展的一个趋势，得到越来越广泛的应用。

系统的纠错和容错能力具有十分重要的意义。这里的容错是指当部分存储器件损坏无法工作时，系统可以有效地利用冗余器件，通过硬件检测或软件指令配置，使存储系统能够继续正常工作。纠错是指当读写数据中出现一位或多位数据出错时，系统自动计算出正确数据的机制，通常情况下，是通过被动硬件冗余防止故障造成差错。常用的方法有三模冗余(TMR)、N模冗余、表决技术等。但此类方法所需附加硬件多，花费代价非常昂贵，同时造成功耗、重量及体积增大很多。当系统发生故障时，通过对整个系统进行替换来保证整个存储系统的可靠性；另一方面，此类方法由于欠缺灵活性，如果多个冗余部分同一位置上的芯片都发生故障，则整个系统仍然无法使用，备份效率也不是很高。

本文针对潜入式实时数字信号处理系统的特点，重新组织DDR存储颗粒的结构，添加冗余颗粒和相关寄存器，改写控制IP，设计了一种新的具有容错纠错自适应功能的二级冗余存储体系结构。它仅需增加少量的冗余器件就可以容忍系统中较多数目的器件故障。在系统没有故障的情况下，存储颗粒可以采用海明码等EDAC码进行纠错；当系统中部分器件出现故障时，系统可以通过软件配置或硬件自动检测，自动利用冗余模块进行容错；当故障进一步增多时，可以适当降低系统的纠错能力，若错误过多，还可以将原先用于纠错的颗粒改为用于容错，使系统能够继续正常地工作。通过数学模型的量化分析，新的存储系统容错方案可以有效地提高存储系统的可靠性。

存储系统容错方案系统结构

容错存储系统工作流程
冗余存储颗粒排放方式采用二级冗余的组织形式，整个存储系统容错方案的工作流程如图1所示。



该容错方案具有以下几个特点：

(1)可变的纠错能力。系统支持海明码或CRC等EDAC码，并且当系统出现部分不可逆转故障时，可以自动降低纠错能力。比如，原先系统可以支持每16bit纠1bit错的能力，当存储颗粒出现部分错误时，可以降低为每32bit纠1bit错。

(2)系统自检和容错系统自修复。当系统出现不可逆转故障时，系统可以通过简单的软件命令实现系统错误自检，并自动利用冗余模块启动容错功能，使系统仍然保持正常工作。

(3)纠错能力与容错能力之间的转换。当系统故障的模块过多，冗余模块已经不能保证系统的正常工作，则系统可以自动将部分原先用于纠错的存储颗粒改为用于容错功能。这时，系统的纠错能力会下降或被放弃，但至少能保证系统继续基本正常的工作。

(4)采用行列二级冗余形式，首先利用冗余的行冗余进行纠错，行冗余消耗完毕再利用列冗余进行纠错。