專利名稱：數(shù)字系統(tǒng)及其錯誤檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及根據(jù)本發(fā)明權利要求1前序部分的一種數(shù)字系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種用于在使用這種數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)字電路中進行錯誤檢測方法。
超大規(guī)模集成(VLSI)數(shù)字電路中的錯誤檢測和校正，是一個十分重要的問題，與此同時，也是一項極其艱巨的任務。然而，即使一個已很好加以測試的集成電路，由于，特別是由于環(huán)境因素，例如過高的溫度、輻射，所導致的錯誤，可能出現(xiàn)在其正常運行時間期間一個較后的階段。在這一情況中，至少，電路必須檢測這些錯誤，并傳輸一個警告信號。此處必須加以指出的是，在一個VLSI電路的情況下，至少一個錯誤出現(xiàn)的概率是相當高的，因此人們希望能夠有一種至少可以檢測一個錯誤的方法。
從發(fā)表在International Symposium on Fault-To1erantComputing的會議錄中的名為“Parity Prediction In CombinationalCircuits”的論文(1979年，第一85～188頁)中可以了解到這樣的一種方法。在這一現(xiàn)有技術中，描述了一種用于在組合電路中進行奇偶預測的方法。該方法考慮到了電路雙工(Circuit duplication)的一種特殊情況，電路雙工是用于數(shù)字電路中故障檢測的另一個人們所熟悉的方法，如在以上所提到的論文的結論部分中所指出的那樣，這一方法的主要優(yōu)點在于輸入錯誤保留。此處應該加以提及的是，在VLSI中，電路雙工幾乎是不可能的，甚至是采用所述現(xiàn)有技術的特定形式，原因就在于涉及這一工藝的面積開銷。
因此，本發(fā)明的一個目的是，提供可降低必要面積開銷的用于VLSI數(shù)字電路中錯誤檢測的一種測試系統(tǒng)和一種方法。
根據(jù)本發(fā)明，這一目的獲得在于，數(shù)字系統(tǒng)還包括一個狀態(tài)奇偶生成器(SPG)，SPG擁有一個耦合于輸入端子的第六輸入端子和一個耦合于第五輸入端子的第六輸出端子，SPG生成一個與被測模塊奇偶性等效的另一奇偶信號，其中將根據(jù)數(shù)字輸入向量p_InV生成這個另一奇偶信號。
與被測模塊奇偶性等效的是一個組合電路，這一組合電路由數(shù)字輸入向量p_InV加以驅(qū)動，并在其輸出端生成被測模塊的轉(zhuǎn)換函數(shù)的奇偶性。
另外，被測模塊可以是數(shù)字處理單元的一部分或與數(shù)字處理單元相等。與此同時，第二輸出向量T可以與q_OutV相同，或它們可以部分地相同或可以完全互不相同。輸出向量T可以包括不是輸出向量q_OutV一部分但指出了處理單元的狀態(tài)的信號分量。較佳的做法是令輸出向量T的分量是在根據(jù)輸入向量p_InV生成的輸出向量q-OutV的過程期間出現(xiàn)的信號，以至于不會引入不必要的開銷。
當提供一個錯誤檢測電路時，根據(jù)本發(fā)明的器件擁有降低面積開銷的優(yōu)點。它不對電路做雙工處理(在VLSI電路的情況中，這樣做是不可行的)，而且還非常靈活，因為不僅可以將其用于測試處理單元的輸出向量，而且還可以將其用于測試并非由處理單元輸出的狀態(tài)變量。另外，通過分割數(shù)字處理單元和選擇與涉及盡可能低的面積開銷的奇偶電路等效的等效物，面積開銷可以進一步得以優(yōu)化。
在本發(fā)明的一個實施方案中，SPG包括多個組合數(shù)字器件，這些組合數(shù)字器件是使用兩級邏輯器件加以實現(xiàn)，即是以“乘積項的和”或“和項的積” 加以實現(xiàn)的。這一實現(xiàn)非常適合于在VLSI可編程邏輯器件中實現(xiàn)，并能夠通過SPG提供低延遲時間。此處應該加以強調(diào)的是，視VLSI可編程邏輯器件(PLD)的體系結構而定，可以把其它組合實現(xiàn)視為Muller擴展、多路復用器以及解復用器等。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案中，可認為實際奇偶生成器(APG)實現(xiàn)了數(shù)字函數(shù)T1T2...Tr。使用XOR門電路，以一種叫做奇偶樹(PT)的配置實現(xiàn)APG，但依賴于可使用除XOR、多路復用器、解復用器、存儲器以外的邏輯門電路加以實現(xiàn)的PLD的體系結構。
本發(fā)明的另一個目的是，提供一種用于在包括于數(shù)字處理單元中的被測模塊中進行錯誤檢測的方法，該方法包括-通過一個在數(shù)字處理單元中實現(xiàn)的有目標的數(shù)字轉(zhuǎn)換函數(shù)(TDTF)，根據(jù)數(shù)字輸入向量p_InV，生成數(shù)字輸出向量q_OutV；-響應數(shù)字輸入向量p_InV，提供一個二進制向量T，向量T代表被測模塊的狀態(tài)；-生成一個代表向量T的奇偶性的輸出信號AP；-響應數(shù)字輸入向量p_InV，生成另一個奇偶信號CP，這另一個奇偶信號CP代表與被測模塊的奇偶性等效的奇偶性；-把信號AP與信號CP進行比較；-生成一個二進制信號ED，信號ED指示信號CP是否等于信號AP。在任何數(shù)字設計過程中，必須指出一個輸入向量和一個通常代表被測模塊電路的下一個狀態(tài)的所希望的狀態(tài)向量。根據(jù)被測模塊電路的下一個狀態(tài)，提供一個奇偶比特。如果在狀態(tài)向量中存在著偶數(shù)個具有值1的比特，則把奇偶比特設置成一個第一邏輯狀態(tài)，例如邏輯0或低(L)。如果在狀態(tài)向量中存在著奇數(shù)個具有值1的比特，則把奇偶比特設置成一個第二邏輯狀態(tài)，例如邏輯1或高(H)。
使用輸入向量和狀態(tài)向量的奇偶比特，并使用但不局限于使用一個標準計算機輔助設計程序，設計一個實現(xiàn)這一奇偶函數(shù)的組合電路。
此處應該加以指出的是，絕大多數(shù)數(shù)字電路不實現(xiàn)完整而具體的函數(shù)，即一般情況下，并不使用一個N維輸入向量的所有2n個輸入組合。在這一情況中，使用未采用的組合產(chǎn)生一個警告信號或產(chǎn)生一個向某一預確定狀態(tài)的過渡。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，可認為SPG實現(xiàn)了一個擁有作為輸入的所有可能的p_InV向量和作為輸出的一個信號(CP)的數(shù)字轉(zhuǎn)換函數(shù)，其中，信號(CP)表征了所希望的T向量的奇偶性和輸入向量p_InV的未使用的狀態(tài)的特征。設計一個警告電路，如果檢測到一個未使用的組合，用于生成一個警告信號W。當奇偶錯誤檢測產(chǎn)生錯誤時，系統(tǒng)以同樣的方式進一步處置警告信號W。
通過以下參照附圖對本發(fā)明示范性實施方案的描述，本發(fā)明以上的和其它的特性及優(yōu)點將會變得十分明顯，在這些附圖中

圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案加以測試的一個數(shù)字系統(tǒng)1的結構圖；圖2代表了本發(fā)明的另一個實施方案中的一個狀態(tài)奇偶生成器(SPG)；圖3代表了本發(fā)明的另一個實施方案中的一個奇偶樹生成器和一個比較器。
圖1描述了根據(jù)本發(fā)明加以測試的一個數(shù)字系統(tǒng)1的結構圖。可認為數(shù)字系統(tǒng)1用于在時鐘(CK)信號所確定的一個時刻處理一個數(shù)字輸入向量(p_InV)，數(shù)字輸入向量(p_InV)包括p個比特(I1，I2，...，Ip)，用于提供一個包括q個比特(O1，O2，...，Oq)的數(shù)字輸出向量(q_OutV)。數(shù)字系統(tǒng)1還包括一個用于接收p_InV的第一輸入端子101，以及一個用于傳輸q_OutV的第一輸出端子102。數(shù)字系統(tǒng)1還擁有一個數(shù)字處理單元100，數(shù)字處理單元100包括一個被測模塊110、一個實際奇偶生成器200、一個比較器400以及一個狀態(tài)奇偶生成器(SPG)300。端子之間的耦合能夠以多種方式加以實現(xiàn)，例如通過電感、電容、光耦合或一個無線連接，以有線或無線連接的方式加以實現(xiàn)。
把數(shù)字處理單元100耦合于第一輸入端子101，用于處理p_InV，以實現(xiàn)一個有目標的數(shù)字轉(zhuǎn)換函數(shù)(TDTF)，并用于把通過TDTF獲得的輸出向量q_OutV提供于第一輸出端子102。數(shù)字處理單元100還包括一個擁有耦合于第一輸入端子101的第二輸入端子105的被測模塊110，以及一個用于提供一個擁有r個比特(T1，Y2，...Tr)的數(shù)字向量T的第二輸出端子103。此處應該加以指出的是，在具體的實現(xiàn)中，被測模塊110和數(shù)字處理單元100可以互相相同。此外，來自向量T的某些比特(即使不是它們的全部)和q_OutV的某些比特，可以是相同的，即輸出向量T可以部分地或全部地與輸出向量q_OutV相一致。
實際奇偶生成器200包括一個耦合于第二輸入端子103的第三輸入端子，用于在一個第三輸出端子201上生成一個代表向量T的奇偶性的輸出信號AP。
SPG 300包括一個耦合于輸入端子101的第六輸入端子106和一個耦合于第五輸入端子的第六輸出端子301，可認為用于生成另一個奇偶信號CP。
比較器400包括一個耦合于第三輸出端子201的第四輸入端子。把它的第五輸入端子耦合于第六輸出端子。這一比較器在一個第七輸出端子401處提供了一個輸出信號ED，輸出信號ED指示提供在第三輸出端子處的輸入信號AP是否等于另一個奇偶信號CP。
SPG 300與被測模塊110的奇偶性是等效的，意味著它實現(xiàn)了一個二進制或數(shù)字函數(shù)，該函數(shù)把q_INV作為輸入，并生成T向量的所希望的奇偶性。
對一個數(shù)字函數(shù)進行合成時，通常會使用一個表，例如使用表1。在表1中，狀態(tài)代表一個由輸入向量p_InV確定的輸出狀態(tài)，以及
表1奇偶性代表向量T的奇偶性。向量的奇偶性是一個數(shù)字函數(shù)，當在邏輯高(H)狀態(tài)向量T包括奇數(shù)個比特時，這一個數(shù)字函數(shù)擁有一個第一二進制值，當在邏輯H狀態(tài)向量T包括偶數(shù)個比特時，這一個數(shù)字函數(shù)擁有雙二進制值。
設計過程包括合成數(shù)字函數(shù)T1＝T1(p_InV)，T2＝T2(p_InV)，...，Tr＝Tr(p_InV)以及CP＝CP(p_InV)的步驟。還可進一步觀察到使用表1，狀態(tài)的奇偶性僅與數(shù)字輸入向量相關，而且在結構上，狀態(tài)奇偶生成器300非常簡單地為一個組合電路?？傊c雙工被測模塊110的電路相比，這樣的組合電路明顯簡單。
當以可編程邏輯器件實現(xiàn)電路時，由于狀態(tài)奇偶生成器300的實現(xiàn)，面積開銷是相當?shù)偷摹?br> 此處應該加以指出的是，絕大多數(shù)數(shù)字電路未實現(xiàn)完整而具體的函數(shù)，即并未使用p維輸入向量p_InV的全部2P個輸入組合。在這一情況中，使用未用的組合生成一個警告信號或生成一個向一個預確定狀態(tài)的過渡。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，包括了一個警告電路，當檢測到輸入向量p_InV的一個未使用的組合時，用于生成一個警告信號W。系統(tǒng)以與通過奇偶錯誤檢測產(chǎn)生的錯誤一樣的方式處置警告信號W，警告電路被包括在SPG 300中。
讓我們考察表2中所描述的數(shù)字函數(shù)。在表2中，輸入向量p_InV包括4個比特[A，B，C，D]，表征向量T的狀態(tài)比特包括11個比特[A′，B′，C′，D′，a，b，c，d，e，f，g]。向量q_OutV也包括比特[a，b，c，d，e，f，g]。把比特A′，B′，C′，D′包括在向量T中，但不包括在數(shù)字輸出向量q_OutV中。標有‘x’的比特代表不介意的比特，即它們可以是邏輯高，也可以是邏輯低。還可以觀察到，表2中所描述的電路實現(xiàn)了一個不完整定義的邏輯函數(shù)。因此，當未使用的輸入代碼出現(xiàn)在輸入端時，必須生成一個警告信號W。在這一情況中，數(shù)字系統(tǒng)CP＝ParPred+W，其中“+”意味著邏輯OR功能。P_InV 狀態(tài)奇偶性 警告信號
表2所得到的數(shù)字函數(shù)如下A′＝BCD+DAB′＝BCD+CB+DBC′＝A CD+DCD′＝Da＝DC+B+CD+Ab＝CD+B+Ac＝C+Bd＝DA+BC+AD+CBe＝BD+CDf＝A+D+C+Bg＝BDC+CB+BD+CD
ParPred＝A BC+BCD+ADW＝AC+AB此處必須指出的是，表2中所描述的函數(shù)a...g的實現(xiàn)，沒有ParPred和W，如果它們是使用邏輯門電路加以實現(xiàn)的，那么包括28個門電路，而狀態(tài)奇偶生成器300的實現(xiàn)用于生成信號CP，僅包括8個門電路。顯然，與現(xiàn)有技術中人們所熟悉的涉及雙工電路的任何其它方法相比，本申請中所描述的用于在數(shù)字電路中檢測錯誤的方法明顯地減少了電路開銷。可以觀察到，在表2中所描述的數(shù)字系統(tǒng)1中，被測模塊110和數(shù)字處理單元100互相一致，但擁有不同的向量。輸出向量q_OutV＝[a，b，c，d，e，f，g]包括在向量T＝[A′，B′，C′，D′，a，b，c，d，e，f，g]中。
還可以觀察到如果實現(xiàn)了一組完整定義的函數(shù)，那么一個警告信號W是多余的。在這一情況中，SPG 300僅包括對ParPred函數(shù)和CP＝ParPred的實現(xiàn)。
此外，信號W可以用于各種方式，例如，當封鎖比較器400的第四輸入端時，比較器400的第四輸入耦合于實際奇偶生成器200的第三輸出端子201。較佳的做法是封鎖擁有這樣的效果在一個分層的決策樹中，在一個很好定義的優(yōu)先級上，信號ED等于信號W，以當一個未使用的輸入向量時，進行決策。
此處還應該加以提及的是，視所使用的VLSI可編程器件而定，使用邏輯門電路或使用中規(guī)模電路，例如多路復用器、解復用器、存儲器或它們的組合，表2中所描述的函數(shù)可以最佳地得以實現(xiàn)。
圖2描述了本發(fā)明的另一個實施方案中的一個SPG 300。這一SPG300相應于圖2中所描述的優(yōu)選實施方案。該SPG 300包括生成信號ParPred的一個第一組邏輯門電路[302，303，304，308]和生成信號W的一個第二組邏輯門電路[305，306，309]。OR門電路310生成在錯誤檢測過程中進一步使用的信號CP。
還可以觀察到能夠在作為系統(tǒng)1的同樣的芯片上，或者在一個獨立的芯片上實現(xiàn)SPG 300?？梢杂梢粋€計算機程序控制的獨立的測試系統(tǒng)生成信號CP。
圖3描述了實際奇偶生成器200和一個比較器400的一個實施方案，所得到的模塊標有500。模塊500包括一組XOR門電路和在一個名為奇偶樹電路的人們所熟悉的配置中所連接的一個緩沖器511。奇偶樹實現(xiàn)了邏輯函數(shù)ED＝A′B′C′D′abcdefCP(1)當其擁有邏輯值1時，在其輸出端子401處生成指示在被測模塊中所出現(xiàn)的錯誤的信號ED。此處把緩沖器511用于平衡從輸入端到輸出端的任何輸入信號的延遲。
最好，在與被測模塊電路相同的芯片上實現(xiàn)塊500，并實現(xiàn)關系(1)?？梢哉J識到圖3中的實現(xiàn)不是唯一可行的一種實現(xiàn)，最重要的方面在于，輸出信號ED是由布爾函數(shù)ED＝TCP加以生成的。
需要加以注意的是，本發(fā)明的保護范圍并不局限于此處所描述的實施方案。本發(fā)明的保護范圍由權利要求中的參照數(shù)字加以限制。單詞“包括”并不排除權利要求中所提到的其它部分。在一個元素之前的詞組“一個”并不排除多個這樣的元素的出現(xiàn)。形成本發(fā)明的部分的裝置既能夠以專用的硬件的形式，也能夠以編程的通用處理器的形式加以實現(xiàn)。本發(fā)明在于每一新的特性或這些特性的組合。
權利要求
1.一個數(shù)字系統(tǒng)(1)，用于處理一個包括p個比特(I1，I2，...，Ip)的數(shù)字輸入向量(p_InV)，并用于提供一個包括q個比特(01，02，...，0q)的數(shù)字輸出向量(q_OutV)，該數(shù)字系統(tǒng)(1)包括-一個第一輸入端子(101)，用于接收p_InV，-一個第一輸出端子(102)，用于傳輸q_OutV，-一個耦合于第一輸入端子(101)的數(shù)字處理單元(100)，用于處理利用一個有目標的數(shù)字轉(zhuǎn)換函數(shù)(TDTF)生成數(shù)字輸出向量的p_InV，數(shù)字處理單元(100)包括一個擁有耦合于第一輸入端子(101)的第二輸入端子(105)的被測模塊(110)，以及一個響應數(shù)字輸出向量的p_InV用于生成一個擁有r個比特(T1，T2，...Tr)的數(shù)字向量(T)的第二輸出端子(103)。-一個實際奇偶生成器(200)，擁有一個耦合于第二輸出端子(103)的第三輸入端子，并可以在一個第三輸出端子(201)上提供一個代表向量T的奇偶性的輸出信號(AP)。-一個比較器(400)，擁有一個耦合于第三輸出端子(201)的第四輸入端子，以及一個耦合于一個第六輸出端子(301)的第五輸入端子，實現(xiàn)了信號AP和另一個奇偶性信號(CP)之間的一個數(shù)字比較，并在一個第七輸出端子(401)處提供了一個輸出信號(ED)，輸出信號(ED)指示所述信號(AP)是否等于另一個奇偶信號(CP)，其特征在于，數(shù)字系統(tǒng)(1)還包括一個狀態(tài)奇偶生成器(SPG)(300)，該生成器(SPG)(300)擁有一個耦合于輸入端子(101)的第六輸入端子(106)，以及耦合于第五輸入端子的第六輸出端子(301)，SPG生成等效于模塊(110)的奇偶性的另一個奇偶信號(CP)，該另一個奇偶信號(CP)根據(jù)數(shù)字輸入向量q_INV加以生成。
2.如權利要求1中所要求的一種數(shù)字系統(tǒng)(1)，其中，SPG(300)實現(xiàn)了一個數(shù)字轉(zhuǎn)換函數(shù)，這一數(shù)字轉(zhuǎn)換函數(shù)擁有作為輸入的所有可能的p_InV向量和作為輸出的表征了所希望的T向量的奇偶性以及輸入向量p_InV的一個未使用的狀態(tài)的一個信號(CP)。
3.如權利要求2中所要求的一種數(shù)字系統(tǒng)，其中，通過對一個信號ParPred與另一個信號W進行OR操作獲得信號CP，信號ParPred表征了T向量的所希望的奇偶性，而另一個信號W根據(jù)輸入向量p_InV表征了一個未用的狀態(tài)。
4.如權利要求2中所要求的一種數(shù)字系統(tǒng)(1)，其中，SPG(300)包括多個組合的數(shù)字器件。
5.如權利要求1中所要求的一種數(shù)字系統(tǒng)(1)，其中，可認為實際奇偶生成器(200)用于實現(xiàn)數(shù)字函數(shù)T1T2...Tr。
6.如權利要求4中所要求的一種數(shù)字系統(tǒng)(1)，其中，以組合的數(shù)字器件實現(xiàn)實際奇偶生成器(200)。
7.如權利要求1中所要求的一種數(shù)字系統(tǒng)(1)，其特征在于，通過對向量T的分量和信號CP進行OR操作獲得ED信號。
8.如權利要求1中所要求的一種數(shù)字系統(tǒng)(1)，該系統(tǒng)(1)以一個可編程邏輯器件加以實現(xiàn)。
9.一種用于在包括于一個數(shù)字處理單元(100)中的被測模塊中進行錯誤檢測的方法，該方法包括-通過一個在數(shù)字處理單元(100)中實現(xiàn)的一個有目標的數(shù)字轉(zhuǎn)換函數(shù)(TDTF)，根據(jù)數(shù)字輸入向量p_InV，生成一個數(shù)字輸出向量q_OutV；-響應數(shù)字輸入向量p_InV，提供一個二進制向量T，向量T代表被測模塊(110)的狀態(tài)；-生成一個代表向量T的奇偶性的輸出信號AP，響應數(shù)字輸入向量p_InV生成另一個奇偶信號CP，這另一個奇偶信號CP代表與被測模塊(110)的奇偶性等價的奇偶性；-把信號AP與信號CP進行比較；-生成一個二進制信號ED，信號ED指示信號CP是否等于信號AP。
10.奇偶函數(shù)的實現(xiàn)，該實現(xiàn)是在一個組合設計過程中進行的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字系統(tǒng)(1)及其錯誤檢測方法。作為其主內(nèi)核，數(shù)字系統(tǒng)(1)包括一個包括在一個數(shù)字處理單元(100)中的被測模塊，以及一個實際奇偶生成器SPG(300)。SPG(300)是一個與被測模塊(300)的奇偶性等效的一個等效物。一個與奇偶性等效的等效物是一個組合電路，當把一個輸入向量施加在被測模塊(110)和SPG(300)的輸入端時，SPG(300)在其輸出端生成被測模塊(110)的轉(zhuǎn)換函數(shù)的奇偶性。當檢測到輸入向量的一個未使用的組合時，SPG(300)還生成一個警告信號W，這一警告信號被作為一個奇偶信號處置。
文檔編號G01R31/3185GK1526077SQ02811078
公開日2004年9月1日 申請日期2002年5月30日 優(yōu)先權日2001年6月1日
發(fā)明者R·P·克萊霍爾斯特, A·J·M·德尼森, A·K·紐夫蘭德, N·F·本肖普, M 德尼森, R P 克萊霍爾斯特, 本肖普, 紐夫蘭德 申請人:皇家菲利浦電子有限公司