專利名稱：單粒子效應(yīng)引起cpu寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單粒子效應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試方法及裝置。
隨著我國航天、核武器、核潛艇等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模計(jì)算機(jī)CPU芯片的輻射效應(yīng)的研究也日趨重要，因?yàn)檫@些芯片往往是某一部分的控制核心，一旦失控將造成巨大損失，故如何模擬該芯片的輻射環(huán)境，并對(duì)其輻射產(chǎn)生的各種現(xiàn)象進(jìn)行一些測試和分析，將具有十分重要的意義。通常，半導(dǎo)體電子部件在輻射環(huán)境下，隨著輻射種類和輻射劑量的不同，它可能產(chǎn)生位移效應(yīng)、電離效應(yīng)、表面效應(yīng)，這些效應(yīng)均可導(dǎo)至半導(dǎo)體永久、半永久或瞬時(shí)損傷。對(duì)于雙極性晶體管，一般用共發(fā)射極電流增益hFE來表征，其Δ(l/hFE)與輻射通量Ф成正比，即Δ(l/hFE)＝kФ，其中K為損傷系數(shù)，所以對(duì)于中子、質(zhì)子和電子所造成的永久損傷K將是一個(gè)很好的損傷表征量。瞬時(shí)輻射效應(yīng)主要表現(xiàn)為出現(xiàn)感生光電流效應(yīng)。但作為大規(guī)模集成電路CPU芯片它是一個(gè)電子系統(tǒng)，除了數(shù)以萬計(jì)的晶體管上產(chǎn)生的輻射效應(yīng)外，還要考慮到線路的輻射效應(yīng)，及各單元元器件之間的寄生結(jié)和寄生晶體管引起的瞬時(shí)光電流，還有無源器件，它們也會(huì)產(chǎn)生輻射效應(yīng)；因此CPU芯片的輻射效應(yīng)將是一個(gè)非常復(fù)雜的過程。目前的趨向是建立輻射效應(yīng)模型，用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。在實(shí)驗(yàn)中，趨向測試其輻射效應(yīng)的宏觀現(xiàn)象，如單粒子效應(yīng)SEE(Slngle Event Efect)其中又以單粒子位翻轉(zhuǎn)SEU(Slngle Event Upest)和單粒子閉鎖SEL(Slngle Event Latchup)的研究為主。微處理器的SEU測試在國際上通常流行以下五種檢驗(yàn)方法(1)單計(jì)算機(jī)自檢法(Self-test Single Computer method)以單個(gè)計(jì)算機(jī)的構(gòu)型，來檢驗(yàn)微處理器，如使用單板計(jì)算機(jī)(Single Board Computer)，其處理器具備“自檢(Self-Tests)”功能，并能將自檢結(jié)果通過CRT顯示或簡單的LED顯示。(2)附加控制器的單計(jì)算機(jī)法一個(gè)外部控制器通過與一個(gè)已存有“真值”的外部存儲(chǔ)器不斷比較來查詢微處理器的工作。(3)控制器輔助的Golden Chlp法一個(gè)外部控制器比較所檢驗(yàn)的微處理器與一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”(Golden Chlp)微處理器的輸出，它們都運(yùn)行相同的程序。以上三種方法中，被測微處理器都是在它們需要的時(shí)候，自動(dòng)提取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(RAM or ROM)中的指令。(4)控制器支配的單個(gè)計(jì)算機(jī)法(Controller Domlnated，Slngle Computer Method)控制器“接替”(take over)單個(gè)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器的功能，當(dāng)被測微處理器需要提取指令時(shí)，由控制器來引入指令，所以指令是“force-fed”被動(dòng)調(diào)入的，實(shí)際上被測微處理器是在給定的程序中依次單步(Slngle-steps)運(yùn)行，用一控制器查詢每一步的輸出。(5)控制器支配的Golden Chlp法(Controller Domlnted，Golden Chip method)這是另一種單步法，翻轉(zhuǎn)的查詢包括比較被測微處理器的輸出和“標(biāo)準(zhǔn)”微處理器(Golden Chlp)的輸出，該標(biāo)準(zhǔn)CPU工作在相同的程序下。由控制器存儲(chǔ)出錯(cuò)數(shù)據(jù)，在上述方法中，除了第(1)種外，其余的工作速度都受控制器“握手”(handshake)通信時(shí)的限制，控制器通常是一個(gè)微型或小型計(jì)算機(jī)，它需要好幾個(gè)微妙(Tens of mlcroseconds)來收集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因此一個(gè)DUT(Devlce Under Test)的時(shí)鐘頻率必須被中斷，當(dāng)控制器收集翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，“平均時(shí)鐘頻率”的概念被引人是為了特指在檢驗(yàn)周期中平均時(shí)鐘頻率(average clock rate)。
本發(fā)明的目的是為了提供一種能仿真模擬并測試單粒子位翻轉(zhuǎn)效應(yīng)，且能實(shí)時(shí)獲取、比較分析數(shù)據(jù)的單粒子效應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試方法。
本發(fā)明的另一目的還在于提供一種只有被測CPU接收輻照而確保位翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生源的單一性、并能不斷自測各寄存器內(nèi)容且可隨時(shí)發(fā)送，數(shù)據(jù)處理部分可實(shí)時(shí)獲取、不斷比較分析、并實(shí)時(shí)記錄翻轉(zhuǎn)時(shí)間、寄存器類型和數(shù)據(jù)的單粒子效應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試裝置。
本發(fā)明的目的可通過如下措施來實(shí)現(xiàn)一種單粒子應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試方法，含有下述步驟——給被測前端單板片的CPU的每個(gè)寄存器預(yù)先存貯一個(gè)易于觀測位翻轉(zhuǎn)的位圖，并將欲執(zhí)行讀取各寄存器位翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的程序存入被測CPU單板機(jī)的ROM存儲(chǔ)器中；——將欲執(zhí)行數(shù)據(jù)獲取與處理的程序存入主控制計(jì)算機(jī)的程序存儲(chǔ)器中；——將被測CPU置于輻照環(huán)境中；——啟動(dòng)主控計(jì)算機(jī)和前端單板機(jī)的被測CPU，在被測CPU的控制下，啟用ROM中的程序，依次讀出被測CPU的每個(gè)寄存器的內(nèi)容，并傳輸至控制主機(jī)；——主計(jì)算機(jī)按其程序存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)獲取與處理程序接收來自被測前端單板機(jī)傳來的數(shù)據(jù)，并將其與已存入主機(jī)內(nèi)存中的“真值”進(jìn)行比較；比較后相同則不記錄；如不同表示寄存器已發(fā)生位翻轉(zhuǎn)，則記錄發(fā)生位翻轉(zhuǎn)的時(shí)間、寄存器名及數(shù)據(jù)本身，并將其作為下一次數(shù)據(jù)的原初值；——重復(fù)上述步驟直至閉鎖現(xiàn)象或死機(jī)；則使用被測CPU的遠(yuǎn)端硬清除開關(guān)，重新開始直至測試結(jié)束。
一種單粒子效應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試裝置含有主控計(jì)算機(jī)和PC機(jī)接口板；該裝置還包括被測前端單板機(jī)；在前端單板機(jī)上裝有被測CPU及其寄存器、時(shí)鐘芯片、譯碼器、定時(shí)芯片和并行通用接口芯片；還裝有存儲(chǔ)讀取被測CPU各寄存器位翻轉(zhuǎn)程序的ROM存儲(chǔ)器；前端單板機(jī)被屏蔽，只有被測CPU置于輻射環(huán)境中。
本發(fā)明的目的還可通過如下措施來實(shí)現(xiàn)單粒子效應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試方法中給被測CPU的每個(gè)寄存器預(yù)先存儲(chǔ)的位圖可為FFFF、OAOA、0505等類十六進(jìn)制碼。
其測試裝置在主控計(jì)算機(jī)上還設(shè)有一個(gè)可遠(yuǎn)程硬清除被測CPU閉鎖或死機(jī)的硬清除開關(guān)。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的測試方法與其他方法相比不受“握手”的限制，可方便快捷地測試單粒子效應(yīng)引起的位翻轉(zhuǎn)效應(yīng)。
2、本發(fā)明的裝置能準(zhǔn)確、及時(shí)記錄單粒子效應(yīng)所產(chǎn)生的位翻轉(zhuǎn)所發(fā)生的時(shí)間、寄存器名、事件個(gè)數(shù)和翻轉(zhuǎn)后的位圖；便于離線分析和處理數(shù)據(jù)。
3、本發(fā)明的裝置可在計(jì)算機(jī)屏幕上直觀定性觀察、監(jiān)測位翻轉(zhuǎn)的情況。
4、本發(fā)明的裝置可在加速器束流的輻照下進(jìn)行觀察與測試單粒子效應(yīng)。
5、本發(fā)明的裝置由于主計(jì)算機(jī)與前端單板機(jī)之間通訊采用并行和“握手”方式；因而其測試速度快，數(shù)據(jù)可靠、誤碼率極低。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖給出

圖1是本發(fā)明的測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖1-前端單板機(jī) 2-被測CPU 3-時(shí)鐘芯片 4-譯碼器 5-定時(shí)芯片6-并行通用接口芯片 7-PC機(jī)接口板 8-控制主機(jī) 9-ROM存儲(chǔ)器10-寄存器圖2是本發(fā)明的ROM存儲(chǔ)器內(nèi)的讀取各寄存器位翻轉(zhuǎn)程序的流程3是本發(fā)明的控制主機(jī)的數(shù)據(jù)獲取與處理程序的流程圖本發(fā)明還將結(jié)合附圖實(shí)施例作進(jìn)一步詳述實(shí)施例一種單粒子應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試方法含有下述步驟——給被測前端單板機(jī)1的CPU2的每個(gè)寄存器10預(yù)先存貯一個(gè)易于觀測位翻轉(zhuǎn)的位圖FFFF、OAOA、0505等類十六進(jìn)制碼；并將欲執(zhí)行讀取各寄存器10位翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的程序存入被測CPU單板機(jī)的ROM存儲(chǔ)器9中；
——將欲執(zhí)行數(shù)據(jù)獲取與處理的程序存入主控制計(jì)算機(jī)8的程序存儲(chǔ)器中；——將被測CPU置于輻照環(huán)境中；——啟動(dòng)主控計(jì)算機(jī)8和前端單板機(jī)1的被測CPU2，在被測CPU2的控制下，啟用ROM9中的程序，依次讀出被測CPU2的每個(gè)寄存器10的內(nèi)容，并傳輸至控制主機(jī)8；——主計(jì)算機(jī)8按其程序存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)獲取與處理程序接收來自被測前端單板機(jī)1傳來的數(shù)據(jù)，并將其與已存入主機(jī)8內(nèi)存中的“真值”進(jìn)行比較；比較后相同則不記錄；如不同表示寄存器10已發(fā)生位翻轉(zhuǎn)，則記錄發(fā)生位翻轉(zhuǎn)的時(shí)間、寄存器10名及數(shù)據(jù)本身，并將其作為下一次數(shù)據(jù)的原初值；——重復(fù)上述步驟直至閉鎖現(xiàn)象或死機(jī)；則使用被測CPU的遠(yuǎn)端硬清除開關(guān)，重新開始直至測試結(jié)束。
參照?qǐng)D1，單粒子效應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試裝置含有主控計(jì)算機(jī)8和PC機(jī)接口板7；該裝置還包括被測前端單板機(jī)1；在前端單板機(jī)1上裝有被測CPU2及其寄存器10、時(shí)鐘芯片3、譯碼器4、定時(shí)芯片5和并行通用接口芯片6；還裝有存儲(chǔ)讀取被測CPU2各寄存器10位翻轉(zhuǎn)程序的ROM9存儲(chǔ)器；前端單板機(jī)1上的其他元件遠(yuǎn)離被測CPU2而被屏蔽，只有被測CPU10置于輻射環(huán)境中；在主控計(jì)算機(jī)8上還設(shè)有一個(gè)可遠(yuǎn)程硬清除被測CPU2閉鎖或死機(jī)的硬清除開關(guān)；主控計(jì)算機(jī)8的PC機(jī)接口板7與并行通用接口芯片6通過10m50Ω的同軸電纜聯(lián)接。
參照?qǐng)D2，ROM流程圖的說明如下啟動(dòng)控制主機(jī)8和被測CPU2，控制主機(jī)8的程序啟動(dòng)，給出一個(gè)控制字CTL并行通用接口芯片8255輸入至被測CPU2，如控制字CTL＝F1，則ROM程序選擇測試CPU80C86寄存器的位翻轉(zhuǎn)，然后初始化8255，初始化被測CPU80C86的各個(gè)寄存器10；然后選取第1個(gè)寄存器10的識(shí)別碼F(R1)通過8255的A口發(fā)送至主機(jī)8，判斷主機(jī)是否接收到識(shí)別碼，“否”則重新發(fā)送，“是”則讀取第1個(gè)寄存器10的內(nèi)容C(R1)并通過8255的A口發(fā)送至主機(jī)8；再判斷是否發(fā)送至主機(jī)8，“否”則重新發(fā)送，“是”則開始1+1個(gè)寄存器的測試，返回至選取1+1個(gè)寄存器10的識(shí)別碼直至測試結(jié)束。
參照?qǐng)D3，主機(jī)8的數(shù)據(jù)獲取與處理程序流程圖的說明如下主機(jī)8和被測CPU2啟動(dòng)后，主機(jī)8的程序開始啟動(dòng)進(jìn)入初始化，輸入$A如為F1，則主機(jī)8程序選擇獲取，處理被測CPU2發(fā)送的寄存器10數(shù)據(jù)；首先檢驗(yàn)主機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的被測CPU寄存器內(nèi)容R1，接收由ROM程序讀取的F(R1)從8255輸入的寄存器狀態(tài)識(shí)別碼F1，判斷F1是否等于主機(jī)的第1個(gè)寄存器，“否”則返回重新接收，“是”則程序選擇進(jìn)入1處理子程序；然后接收ROM程序讀取的第1個(gè)寄存器的內(nèi)容R1，判斷R1是否等于R1-1(即第一次接收時(shí)為主機(jī)的初始值)，“否”則將R1作為下一次比較的初始值，并存盤記錄發(fā)生位翻轉(zhuǎn)的時(shí)間、寄存器名和數(shù)據(jù)并顯示；“是”則顯示；顯示后則返回接收下一個(gè)發(fā)送的寄存器識(shí)別碼F1+1，如此反復(fù)直至測試結(jié)束。
上述兩個(gè)流程圖進(jìn)行循環(huán)時(shí)，如CPU出現(xiàn)閉鎖或死機(jī)，則用硬清除開關(guān)清除，重新開始。由于輻射效應(yīng)并非僅僅發(fā)生在CPU所能測出的各寄存器中， 也可能出現(xiàn)在其它環(huán)節(jié)中，因而本發(fā)明還可測試定時(shí)芯片8254的位翻轉(zhuǎn)效應(yīng)。
ROM程序是采用匯編語言編寫的，其關(guān)鍵性的子程序主要有1、發(fā)送位圖的程序ORG0A60HTST1MOV AL，82HOUT0D7H，AL ；
AX2299INT MOV BL，11H ；03
BX8811MOV BH，88H ；04
CXaaaaMOV CL，0AAH ；05
DX005fMOV CH，0AAH ；06
BP00FFMOV DL，05FH ；07
DI2299MOV DH，00H ；08
SP00ffMOV BP，00FFH ；0B-0C
SIff00MOV DI，2299H ；09-0A
CS9922MOV SP，00FFH ；0D-0E [10]DS2299MOV SI，0FF00H ；0F-10[11]SS00FFMOV DS，DI ；11-12 [12]ESaaaaMOV SS，BP ；15-16 [13]FL46，47MOV ES，CX ；17-18LAHF ；19JMP J22、讀取B、C寄存器數(shù)據(jù)的子程序J1IN AL，0D3HCMP AL，01HJZ INI；；；；；；；；；B B B B ；；；L L L L L ；；；；；；；；；；；；；；；；J2MOV AL，030HOUT0D5H，ALMOVAL，BLOUT0D1H，ALDEC DLJN2 J2MOV DL，5FH；；；；；；；；；B B B B B ；；；H H H H H ；；；；；；；；；；；；；；；；；J3MOV AL，040HOUT0D5H，ALMOV AL，BHOUT0D1H，ALDEC DLJNZ J3MOV DL，5FH；；；；；；；；；C C C C C ；；；L L L L L；；；；；；；；；；；；；；；；；J4MOV AL，050HOUT0D5H，ALMOV AL，CLOUT OD1H，ALDEC DLJNZ J4MOV DL，5FH；；；；；；；；；C C C C C；；；H H H H H；；；；；；；；； ； ； ；；；；；；J5MOV AL，060HOUT0D5H，ALMOV AL，CHOUT0D1H，ALDEC DLJNZ J5MOV DL，5FH
主機(jī)數(shù)據(jù)獲取與處理程序是采用Turbo C語言編成的，其主要?jiǎng)?chuàng)建的函數(shù)有Vold lntlallze(Vold) 初始化Vold user-lnterrupt-test(Vold) 用戶中斷檢驗(yàn)Vold textbox(Vold) 創(chuàng)建用戶界面Vold putvsca(Vold) 創(chuàng)建不斷刷新畫面的函數(shù)Int getkey() 熱鍵處理函數(shù)Vold lookroad()程序分支控制函制Locat (lnt x，int y) 定位函數(shù)Vold changetextstyle(lnt font，Int dlrectlon，lnt charslze) 改變文本輸出格式函數(shù)Int gprlnt(lat *xloc，int Yloc，char *fmt) 圖形文本打印函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種單粒子效應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試方法，其特征是該方法含有下述步驟——給被測前端單板機(jī)(1)的CPU(2)的每個(gè)寄存器(10)預(yù)先存貯一個(gè)易于觀測位翻轉(zhuǎn)的位圖，并將欲執(zhí)行讀取各寄存器(10)位翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的程序存入被測CPU的ROM存儲(chǔ)器(9)中；——將欲執(zhí)行數(shù)據(jù)獲取與處理的程序存入主控制計(jì)算機(jī)(8)的程序存儲(chǔ)器中；——將被測CPU置于輻照環(huán)境中；——啟動(dòng)主控計(jì)算機(jī)(8)和前端單板機(jī)(1)的被測CPU(2)，在被測CPU(2)的控制下，啟用ROM(9)中的程序，依次讀出被測CPU(2)的每個(gè)寄存器(10)的內(nèi)容，并傳輸至控制主機(jī)(8)；——主計(jì)算機(jī)(8)按其程序存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)獲取與處理程序接收來自被測前端單板機(jī)(1)傳來的數(shù)據(jù)，并將其與已存在主機(jī)(8)內(nèi)存中的“真值”進(jìn)行比較；比較后相同則不記錄；如不同表示寄存器(10)已發(fā)生位翻轉(zhuǎn)，則記錄發(fā)生位翻轉(zhuǎn)的時(shí)間、寄存器(10)名及數(shù)據(jù)本身，并將其作為下一次數(shù)據(jù)的原初值；——重復(fù)上述步驟直至閉鎖現(xiàn)象或死機(jī)；則使用被測CPU(2)的遠(yuǎn)端硬清除開關(guān)，重新開始直至測試結(jié)束。
2.如權(quán)利要求1所述的單粒子效應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試方法，其特征是給被測CPU(2)的每個(gè)寄存器(10)預(yù)先存儲(chǔ)的位圖可為FFFF、OAOA、0505類十六進(jìn)制碼。
3.一種單粒子效應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試裝置，含有主控計(jì)算機(jī)(8)和PC機(jī)接口板(7)；其特征是該裝置還包括被測前端單板機(jī)(1)；在前端單板機(jī)(1)上裝有被測CPU(2)及其寄存器(10)、時(shí)鐘芯片(3)、譯碼器(4)、定時(shí)芯片(5)和并行通用接口芯片(6)；還裝有存儲(chǔ)讀取被測CPU(2)各寄存器(10)位翻轉(zhuǎn)程序的ROM(9)存儲(chǔ)器；前端單板機(jī)(1)被屏蔽，只有被測CPU(10)置于輻射環(huán)境中。
4.如權(quán)利要求1所述的單粒子效應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試裝置，其特征是在主控計(jì)算機(jī)(8)上還設(shè)有一個(gè)可遠(yuǎn)程硬清除被測CPU(2)閉鎖或死機(jī)的硬清除開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單粒子效應(yīng)引起CPU寄存器位翻轉(zhuǎn)的測試方法及裝置,該方法是首先使被測寄存器保持一個(gè)初始常數(shù),然后不斷測試它并與存儲(chǔ)于主控計(jì)算機(jī)內(nèi)的“真值”進(jìn)行比較,如不同于原初值則立即記錄該寄存器名、數(shù)據(jù)和時(shí)間,并將其作為下一次測試的原初值,如此循環(huán)直至死機(jī)出現(xiàn);其裝置是由一個(gè)帶被測CPU遠(yuǎn)離其它芯片而受輻照的屏蔽的前端單板機(jī)和主控計(jì)算機(jī)組成;本發(fā)明測試方法方便可靠;裝置能準(zhǔn)確及時(shí)記錄寄存器發(fā)生位翻轉(zhuǎn)的時(shí)間、器名、事件個(gè)數(shù)和翻轉(zhuǎn)的位圖,其測試速度快、數(shù)據(jù)可靠誤碼率低。
文檔編號(hào)G06F11/22GK1183564SQ9611145
公開日1998年6月3日 申請(qǐng)日期1996年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月22日
發(fā)明者王樹金 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院近代物理研究所