一种消除存储器件总剂量效应的数据取反方法转让专利
申请号 : CN200910023281.1
文献号 : CN101599030B
文献日 : 2011-08-31
发明人 : 贺朝会 , 李永宏
申请人 : 西安交通大学
摘要 :
本发明属于计算机技术领域，具体涉及一种消除存储器件总剂量效应的数据取反方法，步骤如下：1)对计算机内部寄存器发送第一次取反指令；得到原始数据的取反数据；2)对计算机内部寄存器发送第二次取反指令，将取反后的数据恢复为原来数据；3)把外部存储器的原始数据读到主控计算机中；4)发送第一次写指令，给外部存储器的存储单元的每个字节写入“55H”；5)发送第二次写指令，给外部存储器的存储单元的每个字节写入“AAH”；6)把存入主控计算机中的原始数据又重新写入外部存储器，恢复原来数据。本发明对内部寄存器和外部存储器的存储单元中的数据进行取反操作的方法，可以有效消除总剂量效应对存储器件的影响。
权利要求 :
1.一种消除存储器件总剂量效应的数据取反方法，其特征在于，包括：a.对内部寄存器的数据取反：
①对计算机内部寄存器发送第一次取反指令；得到原始数据的取反数据；
②对计算机内部寄存器发送第二次取反指令，将取反后的数据恢复为原来数据；
b.对外部存储器的数据取反：
①把外部存储器的原始数据读到主控计算机中；
②发送第一次写指令，给外部存储器的存储单元的每个字节写入“55H”；
③发送第二次写指令，给外部存储器的存储单元的每个字节写入“AAH”，将“55H”变成“AAH”，对于二进制来说，即将“01010101B”变成“10101010B”，每一位取反；
④再把存入主控计算机中的外部存储器的原始数据又重新写入外部存储器，覆盖取反后的数据恢复外部存储器的原来数据。
2.根据权利要求1所述的消除存储器件总剂量效应的数据取反方法，其特征在于：所述a.对内部寄存器的数据取反步骤①中给内部寄存器发送的第一次取反指令是应用汇编语言中的NOT语句。
3.根据权利要求1所述的消除存储器件总剂量效应的数据取反方法，其特征在于：所述a.对内部寄存器的数据取反步骤步骤②中对内部寄存器发送的第二次取反指令是应用汇编语言中的NOT语句。
说明书 :
一种消除存储器件总剂量效应的数据取反方法
技术领域
[0001] 本发明属于计算机技术领域，具体涉及一种消除存储器件总剂量效应的数据取反方法。现有技术
[0002] 空间辐射环境中存在大量电子，会导致存储器件发生总剂量效应，严重影响航天器的可靠性及在轨寿命。总剂量效应是指辐射在半导体器件内部不同界面附近产生了界面态电荷和在氧化层中产生了陷阱电荷，从而导致半导体器件的参数(主要是阈值电压)漂移，进而引发器件故障。应对总剂量效应的方法主要有器件加固和工艺加固两种。器件加固主要采取备份冗余和冷备份两种方法。备份冗余是指在系统中设置一些冗余单元，备份关键存储单元中的数据，当某存储单元出现故障时，调用冗余备份单元中的数据，保证系统的正常运行。冷备份是指在系统中设置一些处于不加电状态的存储器件，这些器件不工作；当某个存储器件出现问题时，启用这些器件。这样，可以提高系统的抗总剂量效应的能力。
工艺加固是在器件的生产工艺过程中采取一些加固措施提高器件的抗总剂量效应的能力。
然而，器件出厂以后，其抗总剂量效应的能力就确定了。目前尚无消除总剂量效应的方法。
工艺加固是在器件的生产工艺过程中采取一些加固措施提高器件的抗总剂量效应的能力。
然而，器件出厂以后，其抗总剂量效应的能力就确定了。目前尚无消除总剂量效应的方法。
发明内容
[0003] 针对现有技术中尚无消除存储器件中总剂量效应的方法的实际情况，本发明提出一种数据取反的方法，可以通过对内部寄存器和外部存储器存储单元中的数据进行取反操作，进而消除总剂量效应对存储器件的影响。
[0004] 一种消除存储器件总剂量效应的数据取反方法，包括：
[0005] a.对内部寄存器的数据取反：
[0006] ①对计算机内部寄存器发送第一次取反指令；得到原始数据的取反数据；
[0007] ②对计算机内部寄存器发送第二次取反指令，将取反后的数据恢复为原来数据；
[0008] b.对外部存储器的数据取反：
[0009] ①把外部存储器的原始数据读到主控计算机中；
[0010] ②发送第一次写指令，给外部存储器的存储单元的每个字节写入“55H”；
[0011] ③发送第二次写指令，给外部存储器的存储单元的每个字节写入“AAH”，将“55H”变成“AAH”，对于二进制来说，即将“01010101B”变成“10101010B”，每一位取反；
[0012] ④再把存入主控计算机中的外部存储器的原始数据又重新写入外部存储器，覆盖取反后的数据恢复外部存储器的原来数据。
[0013] 所述a.对内部寄存器的数据取反步骤①中给内部寄存器发送的第一次取反指令是应用汇编语言中的NOT语句。
[0014] 所述a.对内部寄存器的数据取反步骤步骤②中再次对内部寄存器发送的第二次取反指令是再次应用汇编语言中的NOT语句。
[0015] 本发明的消除存储器件总剂量效应的数据取反方法使用的硬件系统由现有技术的主控计算机、测试控制板和存储器及传输线构成。主控计算机负责系统的总体运行，执行软件指令，完成数据的读写、取反等功能。测试控制板由锁存器、译码器、比较器组成，锁存器用于数据的临时保存；译码器用于地址单元识别和设置；比较器用于与正确数据的比较，保证数据传输的正确性。传输线用于数据、地址信息的传递。外部存储器为主控计算机的操作对象，记录保存数据信息。
[0016] 本发明的消除存储器件总剂量效应的数据取反方法使用的软件系统利用图1所示的硬件系统，
[0017] 1)主控计算机对内部寄存器发送两次取反指令，即可消除总剂量效应对内部寄存器的影响。
[0018] 以8086 CPU为例，所用的数据取反的子程序为：
[0019] DELDOSE PROC
[0020] NOTAX
[0021] NOTBX
[0022] NOT CX
[0023] NOTDX
[0024] NOT SI
[0025] NOTDI
[0026] NOT CS
[0027] NOTDS
[0028] NOT SS
[0029] NOTES
[0030] NOTAX
[0031] NOTBX
[0032] NOTCX
[0033] NOTDX
[0034] NOT SI
[0035] NOTDI
[0036] NOT CS
[0037] NOTDS
[0038] NOT SS
[0039] NOTES
[0040] DELDOSE ENDP
[0041] 2)主控计算机发送写指令，给外部存储器的存储单元的每个字节写入“55H”，然后再次发送写指令，写入“AAH”，即可消除总剂量效应对外部存储器的影响。
[0042] 所用子程序为：
[0043] void WrPort55(int address)
[0044] { asm{
[0045] push ax；
[0046] push dx；
[0047] mov dx，address；
[0048] mov ax，55H；
[0049] out dx，al；
[0050] pop dx；
[0051] pop ax；
[0052] } }
[0053] void WrPortAA(int address)
[0054] { asm{
[0055] push ax；
[0056] push dx；
[0057] mov dx，address；
[0058] mov ax，AAH；
[0059] out dx，al；
[0060] pop dx；
[0061] pop ax；
[0062] } }
[0063] 本发明的对内部寄存器和外部存储器的存储单元中的数据进行取反操作的方法，可以有效消除总剂量效应对存储器件的影响。
附图说明
[0064] 图1 现有技术硬件系统组成示意图
[0065] 图2 本发明的内部寄存器和外部存储器中的基本单元——MOS晶体管示意图[0066] 图3 本发明的外部存储器的翻转截面随累积剂量的变化曲线图
[0067] 图4 未采取取反措施的外部存储器的翻转截面随累积剂量的变化示意图具体实施方式
[0068] 下面结合附图对本发明做进一步说明：
[0069] 本发明使用的硬件系统组成如图1所示，硬件系统由现有技术中的主控计算机、测试控制板和存储器及传输线构成。主控计算机负责系统的总体运行，执行软件指令，完成数据的读写、取反等功能。测试控制板由锁存器、译码器、比较器组成，锁存器用于数据的临时保存；译码器用于地址单元识别和设置；比较器用于与正确数据的比较，保证数据传输的正确性。传输线用于数据、地址信息的传递。外部存储器为主控计算机的操作对象，记录保存数据信息。
[0070] 一种消除存储器件总剂量效应的数据取反方法，包括
[0071] a.对内部寄存器的数据取反：
[0072] ①对计算机内部寄存器发送第一次取反指令；得到原始数据的取反数据；
[0073] ②对计算机内部寄存器发送第二次取反指令，将取反后的数据恢复为原来数据；
[0074] b.对外部存储器的数据取反：
[0075] ①把外部存储器的原始数据读到主控计算机中；
[0076] ②发送第一次写指令，给外部存储器的存储单元的每个字节写入“55H”；
[0077] ③发送第二次写指令，给外部存储器的存储单元的每个字节写入“AAH”，将“55H”变成“AAH”，对于二进制来说，即将“01010101B”变成“10101010B”，每一位取反；
[0078] ④再把存入主控计算机中的外部存储器的原始数据又重新写入外部存储器，覆盖取反后的数据恢复外部存储器的原来数据。
[0079] 本发明的原理说明
[0080] 以图2外部存储器中的基本单元——MOS晶体管为例予以说明其原理。MOS晶体管具有三个引脚，栅极G，源极S，漏极D，图中斜纹深色部分为氧化层，下面为硅层。辐射在氧化层和氧化层与硅的界面处中产生陷阱电荷，导致MOS晶体管的阈值电压漂移，这就是发生总剂量效应的机理。
[0081] 假设，外部存储单元的数据为“55H”时，该MOS管的偏置状态为VG＝0V。辐射在氧化层产生的空穴向G端漂移；电子向衬底B端漂移。空穴在氧化层和氧化层与硅的界面处中产生陷阱电荷，导致MOS晶体管的阈值电压漂移。把外部存储器的存储单元中的数据取反，外部存储器的存储单元的数据变为“AAH”时，改变了外部存储器的存储单元的晶体管的偏置状态。此时MOS管的偏置状态为VG＝5V。辐射在氧化层产生的电子向G端漂移；空穴向衬底B端漂移。即电子和空穴沿着与原来运动方向相反的方向运动，这样电子就与原先在氧化层中和氧化层与硅的界面处的陷阱电荷——空穴复合，从而消除了前一阶段总剂量辐照产生的界面态电荷和氧化层陷阱电荷，使已经漂移的阈值电压又恢复到初始值(辐照前的值)。
[0082] 本发明的实验验证
[0083] 实验验证是在60Co源和252Cf源上进行的。先用60Co源辐照，然后在252Cf源辐照，60 252
观察 Co源辐照在存储器件中产生的总剂量效应对 Cf源辐照下单粒子翻转截面的影响。
观察 Co源辐照在存储器件中产生的总剂量效应对 Cf源辐照下单粒子翻转截面的影响。
[0084] 如图3所示，图中低剂量段的截面是当外部存储器的存储单元中的数据为“55H”252
时，在 Cf源辐照下测量得到的单粒子翻转截面；高剂量段的截面是当外部存储器的存储
252
单元中的数据为“AAH”时，在 Cf源辐照下测量得到的单粒子翻转截面。当外部存储器的存储单元中的数据不变时，随着累积剂量的增加，单粒子翻转截面增大，外部存储器的存储单元出错数增多。当把外部存储器的存储单元中的数据取反，即“55H”变成“AAH”(对于二进制来说，就是“01010101B”变成“10101010B”，每一位取反)时，器件的单粒子翻转截面恢
60
复到未经 Coγ源辐照时的水平，甚至更低，这样抵销了累积剂量对单粒子翻转截面的影响。
时，在 Cf源辐照下测量得到的单粒子翻转截面；高剂量段的截面是当外部存储器的存储
252
单元中的数据为“AAH”时，在 Cf源辐照下测量得到的单粒子翻转截面。当外部存储器的存储单元中的数据不变时，随着累积剂量的增加，单粒子翻转截面增大，外部存储器的存储单元出错数增多。当把外部存储器的存储单元中的数据取反，即“55H”变成“AAH”(对于二进制来说，就是“01010101B”变成“10101010B”，每一位取反)时，器件的单粒子翻转截面恢
60
复到未经 Coγ源辐照时的水平，甚至更低，这样抵销了累积剂量对单粒子翻转截面的影响。
[0085] 对于类似系统，都可以采取上述方法消除总剂量效应对存储器件的影响。
[0086] 对照组存储器的单粒子翻转截面随累积剂量的变化曲线如图4所示。未采取取反措施的外部存储器的翻转截面随累积剂量的增加继续增大，也就是错误单元持续增多，总剂量效应的影响不断加大。