CAD tools for the generation of self-checking arithmetic operators
Outil de CAO pour la génération d'opérateurs arithmétiques auto-contrôlables
Résumé
With the increasing integration density, new generations of integrated circuits are becoming more and more sensitive to noise sources such like power line disturbances, electromagnetic influence, etc.Further, it is now proved that some particles coming from the space (alpha particles and atmospheric neutrons) can also interfere deep sub-micron circuits
operation (soft errors). Face to this challenge, self-checking techniques could provide good solutions. A good solution must of course result in
reduced hardware overhead cost and little or no performance penalty. At that stage, two global difficulties appear. First, self-checking techniques are known by a restricted group of designers, and second, there are
no professional CAD tools for automating self-checking circuits generation. In this work, we show that self-checking multipliers based on residue codes can result in a very
little hardware overhead, especially for large multipliers. In a second time, we generalize fault secure solutions for multipliers, adders and shift registers based on the parity code. The new versions have several parity bits in order to increase fault coverage. We have implemented the presented solutions in a CAD tool developed by our research group.
This tool offers many different self-checking arithmetic and logical operators to make flexible the construction of self-checking data paths.
operation (soft errors). Face to this challenge, self-checking techniques could provide good solutions. A good solution must of course result in
reduced hardware overhead cost and little or no performance penalty. At that stage, two global difficulties appear. First, self-checking techniques are known by a restricted group of designers, and second, there are
no professional CAD tools for automating self-checking circuits generation. In this work, we show that self-checking multipliers based on residue codes can result in a very
little hardware overhead, especially for large multipliers. In a second time, we generalize fault secure solutions for multipliers, adders and shift registers based on the parity code. The new versions have several parity bits in order to increase fault coverage. We have implemented the presented solutions in a CAD tool developed by our research group.
This tool offers many different self-checking arithmetic and logical operators to make flexible the construction of self-checking data paths.
Le travail effectué dans cette thèse porte sur l'étude et la génération d'opérateurs arithmétiques auto-contrôlables. Cette thèse a été motivée par l'importance que prennent les techniques d'autocontrôle des circuits intégrés pour remédier aux problèmes de fiabilité qui sont majorés par la miniaturisation. Les chemins de données sont des parties logiques essentielles dans les microprocesseurs et les microcontrôleurs. La conception de chemins de données fiables est donc un pas important vers la réalisation de microprocesseurs plus sûrs. Dans un premier temps, nous avons étudié et implémenté des multiplieurs auto-contrôlables basés sur le code résidu. Nous avons montré qu'on peut avoir des multiplieurs sûrs en présence de fautes de type collage logique avec un surcoût très faible, notamment dans le cas des multiplieurs de grandes tailles (de 10 à 15% pour les multiplieurs de taille 32x32). Dans un deuxième temps, nous avons généralisé des solutions auto-contrôlables existantes d'opérateurs arithmétiques basés sur la parité. Les nouvelles versions ont plusieurs bits de parité et permettent d'augmenter sensiblement la couverture de fautes dans le cas des fautes transitoires.
Les solutions développées sont toutes intégrées dans un outil informatique.
Les solutions développées sont toutes intégrées dans un outil informatique.
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