基于SoC的實時信號處理系統中存儲系統

在現代信息社會中，嵌入式系統由于其靈活性及方便性得到了越來越廣泛的使用。采用SoC技術可以將整個系統集成到單個芯片之中，其具有體積小、重量輕、功耗小、IP復用等優點。SoC技術目前正成為嵌入式實時系統發展的一個趨勢，得到越來越廣泛的應用。

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法工作時，系統可以有效地利用冗余器件，通過硬件檢測或軟件指令配置，使存儲系統能夠繼續正常工作。糾錯是指當讀寫數據中出現一位或多位數據出錯時，系統自動計算出正確數據的機制，通常情況下，是通過被動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、表決技術等。但此類方法所需附加硬件多，花費代價非常昂貴，同時造成功耗、重量及體積增大很多。當系統發生故障時，通過對整個系統進行替換來保證整個存儲系統的可靠性；另一方面，此類方法由于欠缺靈活性，如果多個冗余部分同一位置上的芯片都發生故障，則整個系統仍然無法使用，備份效率也不是很高。

本文針對潛入式實時數字信號處理系統的特點，重新組織DDR存儲顆粒的結構，添加冗余顆粒和相關寄存器，改寫控制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。在系統沒有故障的情況下，存儲顆粒可以采用海明碼等EDAC碼進行糾錯；當系統中部分器件出現故障時，系統可以通過軟件配置或硬件自動檢測，自動利用冗余模塊進行容錯；當故障進一步增多時，可以適當降低系統的糾錯能力，若錯誤過多，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。通過數學模型的量化分析，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特點：

(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，可以自動降低糾錯能力。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，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，系統可以通過簡單的軟件命令實現系統錯誤自檢，并自動利用冗余模塊啟動容錯功能，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多，冗余模塊已經不能保證系統的正常工作，則系統可以自動將部分原先用于糾錯的存儲顆粒改為用于容錯功能。這時，系統的糾錯能力會下降或被放棄，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行糾錯，行冗余消耗完畢再利用列冗余進行糾錯。