基于数据相关性的存储器容错方法研究

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随着信息技术的飞速发展,数据存储的重要性日益凸显。由于集成电路工艺技术的不断进步,存储器中存储单元尺寸越来越小,存储单元的密度越来越高,其中所存储的数据更加容易受到空间粒子、噪声干扰等影响而产生错误,这很可能会对生产生活造成严重的影响。现在主要有两类存储器容错保护方法,一类是硬件容错技术,另一类是软件容错技术。硬件容错技术中涉及到电路工艺及制造的部分,有成本高、消耗硬件资源多、可移植性差等缺点。相比于硬件容错技术,软件容错技术消耗资源小、对硬件无特殊要求、可移植性强的优势就能很好的体现出来。因此,对存储器进行基于软件容错技术的保护研究是非常重要的。本文首先从软件容错技术的角度出发,基于数据之间的相关性提出了一种面向存储器中多位错误定位和纠错的新方法。其次,本文对该容错保护方法进行了较为详细的理论分析,并根据该容错方法自身的特性,对其进行了基本错误类型的划分;还对该容错保护方法的错误检测定位和错误纠正方法分别进行了详细说明,针对发生较多错误的情况,提出了本文容错方法结合循环迭代的纠错方式,实现对较多错误的纠正;接着采用C语言完成对本文容错算法的实现与调试工作,并对该算法进行了复杂度分析。然后,基于DW8051核和DE2-115型FPGA实验板,通过增加标志信号输出模块、SRAM接口模块和串口上传模块这三部分,完成了对容错系统硬件平台的搭建。其中,标志信号输出模块用于硬件平台和注错设备通信,SRAM接口模块用于存储器和硬件平台的连接,串口上传模块用于将检测的错误信息上传。最后,对基于本文容错方法的容错系统分别进行随机注错实验和重离子注错实验,顺利完成对该方法基于FPGA的板级验证,对实验结果进行了总结分析;并对本文容错方法在纠错能力和复杂度方面,与现有主流纠错码进行了性能对比分析。本文基于数据相关性的存储器容错方法,能够对发生的多位错误进行快速准确的定位和纠正,具有较低的算法复杂度,其对硬件资源的消耗会随着数据量的增加反而减小,并且能够在存储器发生严重错误的情况下,依然实现对这些错误的定位和纠正。随机注错实验和重离子注错实验结果表明,在发生的错误属于基本错误类型的情况下,本文容错方法能够实现对任意位翻转错误的正确纠正,并且与BCH码和RS码相比,在处理同等数据量的情况下,本文容错方法将执行时间降低了一个数量级,充分证明该方法具有一定的实际应用价值。
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