随着各种电路和芯片的性能(速度、集成度等)不断提高，尤其是在军事、航空航天等用途中对可靠性的要求往往是第一位的，人们对于系统的可靠性方面的要求日益增加，这对电路系统的设计和制造都提出了严格的目标要求。

存储器是电路系统中最常用的器件之一，采用大规模集成电路存储芯片构成。实际统计表明，存储器在太空应用中的主要错误是由瞬态错误(也叫单个事件扰动，seu)所引起的一位错[1]或者相关多位错，而随机独立的多位错误极少。半导体存储器的错误大体上分为硬错误和软错误，其中主要为软错误。硬错误所表现的现象是在某个或某些位置上，存取数据重复地出现错误。出现这种现象的原因是一个或几个存储单元出现故障。软错误主要是由α粒子引起的。存储器芯片的材料中含有微量放射性元素，他们会间断地释放α粒子。这些粒子以相当大的能量冲击存储电容，改变其电荷，从而引起存储数据的错误。引起软错误的另一原因是噪声干扰。同时在太空环境下，在带电粒子足够能量撞击下，存储器的存储单元中的位发生翻转从而产生seu错误 ［2］ 。本文设计实现了用cpld技术和纠检错芯片对存储器进行容错，大大提高了系统的可靠性。下面是具体容错存储器和门警电路的设计。

1　检错与纠错原理

常用的能检测2位错同时能纠正1位错(简称纠一检二，sec-ded [3、4] )的纠错码有扩展汉明码(extended hamming code)和最佳奇权码(optimal　　他们的最小码距都为4，两者有相似之处，如冗余度一样，对于数据位数k，校验位数r应满足2 r－1 ≥k＋r。当k＝16时，r＝6，数据位长增加1倍，校验位数只需增加1位，编码效率较高。另外从来源上讲，两者分别是汉明码的扩展码和截短码，也有资料称最佳奇权码为修正汉明码(modified hamming code)。文献［4］介绍了sec-ded和sec-aued)码的编解码理论。从性能上看最佳奇权码比扩展汉明码更为优越，前者在纠检错能力方面也优于后者，他的3位错误的误纠概率低于后者，而4位错误的检测概率高于后者，最重要的是他便于硬件实现，故应用的最多，本文采用最佳奇权码。

首先构造最佳奇权码的校验矩阵即h矩阵，最佳奇权码的h矩阵应满足：

(1)每列含有奇数个1，且无相同列。

(2)总的1的个数少，所以校验位、伴随式生成表达式中的半加项数少，从而生成逻辑所需的半加器少，可以节约器材、降低成本和提高可靠性。

(3)每行中1的个数尽量相等或接近某个平均值，这种决定生成逻辑及其级数的一致性，不仅译码速度快，同时线路匀称。

应用中采用(13，8，4)最佳奇权码，数据码为(d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0)，校验码为(c4 c3 c2 c1 c0)，p矩阵和编码规则分别为：

译码时把数据再次编码所得到的新校验位与原校验位模2加，便得到伴随式s，由其可判别错误类型：
1)若s＝0，则认为没有错误；

(2)若s≠0，且s含有奇数个1，则认为产生了单位错；若s≠0，且s含有偶数个1，则认为产生了2位错。

因此，错误图样s＝［s 0 　s 1 　s 2 　s 3 　s 4 ］与产生的错误一一对应，从而实现纠一检二功能。

2　存储器容错芯片设计实现

2．1　存储器设计实现方案

(1)备份行(或列)方案

这种方案是在存储芯片的设计与制造过程中增加若干备份的行(或列)。在芯片测试时，若发现失效的行(或列)，则通过激光(或电学)的处理，用备份行(或列)去代替。此方法的优点是设计简单，管芯面积增加较少，电路速度没有损失。但是，他需要增加某些测试与修正实效行(或列)的工艺环节，更重要的弱点是这种方案仅适用于ram，不能用于rom。

(2)纠错编码方案

这种方案是在存储芯片内部采用纠错编码，自动检测并纠正错误。此方案不需要额外的测试和纠正错误等工艺环节，除提高成品率外，还对可靠性有明显改进。这种方案最突出的优点是特别适合rom；在对速度要求不高的情况下也可用于ram。他的主要缺点在于要占用额外的芯片面积，同时因编译码而影响芯片整个的工作速度。将用于存储器系统级的纠错编码等容错技术引入存储器芯片内部，是提高存储芯片成品率和可靠性的有效措施。例如服务器中使用的ecc内存就采用了此技术。

本文的容错存储器采用纠错码方案，其实现框图如图1所示。

译码时把数据再次编码所得到的新校验位与原校验位模2加，便得到伴随式s，由其可判别错误类型：
1)若s＝0，则认为没有错误；

(2)若s≠0，且s含有奇数个1，则认为产生了单位错；若s≠0，且s含有偶数个1，则认为产生了2位错。

因此，错误图样s＝［s 0 　s 1 　s 2 　s 3 　s 4 ］与产生的错误一一对应，从而实现纠一检二功能。

2　存储器容错芯片设计实现

2．1　存储器设计实现方案

(1)备份行(或列)方案

这种方案是在存储芯片的设计与制造过程中增加若干备份的行(或列)。在芯片测试时，若发现失效的行(或列)，则通过激光(或电学)的处理，用备份行(或列)去代替。此方法的优点是设计简单，管芯面积增加较少，电路速度没有损失。但是，他需要增加某些测试与修正实效行(或列)的工艺环节，更重要的弱点是这种方案仅适用于ram，不能用于rom。

(2)纠错编码方案

这种方案是在存储芯片内部采用纠错编码，自动检测并纠正错误。此方案不需要额外的测试和纠正错误等工艺环节，除提高成品率外，还对可靠性有明显改进。这种方案最突出的优点是特别适合rom；在对速度要求不高的情况下也可用于ram。他的主要缺点在于要占用额外的芯片面积，同时因编译码而影响芯片整个的工作速度。将用于存储器系统级的纠错编码等容错技术引入存储器芯片内部，是提高存储芯片成品率和可靠性的有效措施。例如服务器中使用的ecc内存就采用了此技术。

本文的容错存储器采用纠错码方案，其实现框图如图1所示。