專利名稱：一種消除存儲器件總劑量效應的數(shù)據(jù)取反方法
技術領域：
本發(fā)明屬于計算機技術領域，具體涉及一種消除存儲器件總劑量 效應的數(shù)據(jù)取反方法。 現(xiàn)有技術
空間輻射環(huán)境中存在大量電子，會導致存儲器件發(fā)生總劑量效 應，嚴重影響航天器的可靠性及在軌壽命?？倓┝啃侵篙椛湓诎?導體器件內部不同界面附近產生了界面態(tài)電荷和在氧化層中產生了 陷阱電荷，從而導致半導體器件的參數(shù)(主要是閾值電壓)漂移，進 而引發(fā)器件故障。應對總劑量效應的方法主要有器件加固和工藝加固 兩種。器件加固主要采取備份冗余和冷備份兩種方法。備份冗余是指 在系統(tǒng)中設置一些冗余單元，備份關鍵存儲單元中的數(shù)據(jù)，當某存儲 單元出現(xiàn)故障時，調用冗余備份單元中的數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)的正常運行。 冷備份是指在系統(tǒng)中設置一些處于不加電狀態(tài)的存儲器件，這些器件 不工作；當某個存儲器件出現(xiàn)問題時，啟用這些器件。這樣，可以提 高系統(tǒng)的抗總劑量效應的能力。工藝加固是在器件的生產工藝過程中 采取一些加固措施提高器件的抗總劑量效應的能力。然而，器件出廠 以后，其抗總劑量效應的能力就確定了。目前尚無消除總劑量效應的 方法。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中尚無消除存儲器件中總劑量效應的方法的實際 情況，本發(fā)明提出一種數(shù)據(jù)取反的方法，可以通過對內部寄存器和外部存儲器存儲單元中的數(shù)據(jù)進行取反操作，進而消除總劑量效應對存 儲器件的影響。
一種消除存儲器件總劑量效應的數(shù)據(jù)取反方法，包括
a. 對內部寄存器的數(shù)據(jù)取反-
① 對計算機內部寄存器發(fā)送第一次取反指令；得到原始數(shù)據(jù)的取 反數(shù)據(jù)；
② 對計算機內部寄存器發(fā)送第二次取反指令，將取反后的數(shù)據(jù)恢 復為原來數(shù)據(jù)；
b. 對外部存儲器的數(shù)據(jù)取反
① 把外部存儲器的原始數(shù)據(jù)讀到主控計算機中；
② 發(fā)送第一次寫指令，給外部存儲器的存儲單元的每個字節(jié)寫入 "55H";
③ 發(fā)送第二次寫指令，給外部存儲器的存儲單元的每個字節(jié)寫入 "AAH"，將"55H"變成"AAH",對于二進制來說，即將"01010101B"
變成"10101010B"，每一位取反；
④ 再把存入主控計算機中的外部存儲器的原始數(shù)據(jù)又重新寫入 外部存儲器，覆蓋取反后的數(shù)據(jù)恢復外部存儲器的原來數(shù)據(jù)。
所述a.對內部寄存器的數(shù)據(jù)取反步驟Q中給內部寄存器發(fā)送的 第一次取反指令是應用匯編語言中的NOT語句。
所述3.對內部寄存器的數(shù)據(jù)取反步驟步驟 中再次對內部寄存
器發(fā)送的第二次取反指令是再次應用匯編語言中的NOT語句。
本發(fā)明的消除存儲器件總劑量效應的數(shù)據(jù)取反方法使用的硬件 系統(tǒng)由現(xiàn)有技術的主控計算機、測試控制板和存儲器及傳輸線構成。 主控計算機負責系統(tǒng)的總體運行，執(zhí)行軟件指令，完成數(shù)據(jù)的讀寫、 取反等功能。測試控制板由鎖存器、譯碼器、比較器組成，鎖存器用 于數(shù)據(jù)的臨時保存；譯碼器用于地址單元識別和設置；比較器用于與正確數(shù)據(jù)的比較，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。傳輸線用于數(shù)據(jù)、地址信 息的傳遞。外部存儲器為主控計算機的操作對象，記錄保存數(shù)據(jù)信息。 本發(fā)明的消除存儲器件總劑量效應的數(shù)據(jù)取反方法使用的軟件 系統(tǒng)利用圖1所示的硬件系統(tǒng)，
1) 主控計算機對內部寄存器發(fā)送兩次取反指令，即可消除總劑 量效應對內部寄存器的影響。
以8086CPU為例，所用的數(shù)據(jù)取反的子程序為
DELDOSE PROC
NOTAX NOT BX NOT CX NOTDX NOT SI NOT DI NOT CS NOT DS NOT SS NOTES NOTAX NOTBX NOT CX NOTDX NOT SI NOTDI NOTCS NOT DS NOTSS NOTES DELDOSE ENDP
2) 主控計算機發(fā)送寫指令，給外部存儲器的存儲單元的每個字 節(jié)寫入"55H"，然后再次發(fā)送寫指令，寫入"AAH"，即可消除總劑量效應對外部存儲器的影響。
所用子程序為
void WrPort55( int address ) { asm{
push ax 5 push dx j
mov dx， address ; mov ax， 55H ; out dx，al j pop dx j pop ax ^
} }
void WrPortAA( int address) { asm{
push ax ^ push dx ;
mov dx, address ; mov ax， AAH ; out dx，al; pop dx j pop ax j
本發(fā)明的對內部寄存器和外部存儲器的存儲單元中的數(shù)據(jù)進 行取反操作的方法，可以有效消除總劑量效應對存儲器件的影響。


圖i現(xiàn)有技術硬件系統(tǒng)組成示意圖
圖2本發(fā)明的內部寄存器和外部存儲器中的基本單元——MOS 晶體管示意圖
圖3本發(fā)明的外部存儲器的翻轉截面隨累積劑量的變化曲線圖 圖4未采取取反措施的外部存儲器的翻轉截面隨累積劑量的變化示意圖
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明
本發(fā)明使用的硬件系統(tǒng)組成如圖1所示，硬件系統(tǒng)由現(xiàn)有技術中 的主控計算機、測試控制板和存儲器及傳輸線構成。主控計算機負責 系統(tǒng)的總體運行，執(zhí)行軟件指令，完成數(shù)據(jù)的讀寫、取反等功能。測 試控制板由鎖存器、譯碼器、比較器組成，鎖存器用于數(shù)據(jù)的臨時保 存；譯碼器用于地址單元識別和設置；比較器用于與正確數(shù)據(jù)的比較， 保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。傳輸線用于數(shù)據(jù)、地址信息的傳遞。外部存 儲器為主控計算機的操作對象，記錄保存數(shù)據(jù)信息。
一種消除存儲器件總劑量效應的數(shù)據(jù)取反方法，包括
a. 對內部寄存器的數(shù)據(jù)取反
① 對計算機內部寄存器發(fā)送第一次取反指令；得到原始數(shù)據(jù)的取 反數(shù)據(jù)；
② 對計算機內部寄存器發(fā)送第二次取反指令，將取反后的數(shù)據(jù)恢 復為原來數(shù)據(jù)；
b. 對外部存儲器的數(shù)據(jù)取反
① 把外部存儲器的原始數(shù)據(jù)讀到主控計算機中；
② 發(fā)送第一次寫指令，給外部存儲器的存儲單元的每個字節(jié)寫入 "55H";
③ 發(fā)送第二次寫指令，給外部存儲器的存儲單元的每個字節(jié)寫入 "AAH"，將"55H"變成"AAH",對于二進制來說，即將"01010101B"
變成"10101010B"，每一位取反；
④ 再把存入主控計算機中的外部存儲器的原始數(shù)據(jù)又重新寫入
外部存儲器，覆蓋取反后的數(shù)據(jù)恢復外部存儲器的原來數(shù)據(jù)。 本發(fā)明的原理說明
以圖2外部存儲器中的基本單元~~MOS晶體管為例予以說明 其原理。MOS晶體管具有三個引腳，柵極G，源極S,漏極D,
7圖中斜紋深色部分為氧化層，下面為硅層。輻射在氧化層和氧化層與
硅的界面處中產生陷阱電荷，導致MOS晶體管的閾值電壓漂移，這 就是發(fā)生總劑量效應的機理。
假設，外部存儲單元的數(shù)據(jù)為"55H"時，該MOS管的偏置狀 態(tài)為Ve-0V。輻射在氧化層產生的空穴向G端漂移；電子向襯底B 端漂移。空穴在氧化層和氧化層與硅的界面處中產生陷阱電荷，導致 MOS晶體管的閾值電壓漂移。把外部存儲器的存儲單元中的數(shù)據(jù)取 反，外部存儲器的存儲單元的數(shù)據(jù)變?yōu)?AAH"時，改變了外部存 儲器的存儲單元的晶體管的偏置狀態(tài)。此時MOS管的偏置狀態(tài)為Vc =5V。輻射在氧化層產生的電子向G端漂移；空穴向襯底B端漂移。 即電子和空穴沿著與原來運動方向相反的方向運動，這樣電子就與原 先在氧化層中和氧化層與硅的界面處的陷阱電荷——空穴復合，從而 消除了前一階段總劑量輻照產生的界面態(tài)電荷和氧化層陷阱電荷，使 已經漂移的閾值電壓又恢復到初始值(輻照前的值)。
本發(fā)明的實驗驗證
實驗驗證是在6GCo源和252Cf源上進行的。先用6QCo源輻照，然 后在252Cf源輻照，觀察6QCo源輻照在存儲器件中產生的總劑量效應 對252Cf源輻照下單粒子翻轉截面的影響。
如圖3所示，圖中低劑量段的截面是當外部存儲器的存儲單元中 的數(shù)據(jù)為"55H"時，在^Cf源輻照下測量得到的單粒子翻轉截面; 高劑量段的截面是當外部存儲器的存儲單元中的數(shù)據(jù)為"AAH"時， 在252Cf源輻照下測量得到的單粒子翻轉截面。當外部存儲器的存儲 單元中的數(shù)據(jù)不變時，隨著累積劑量的增加，單粒子翻轉截面增大， 外部存儲器的存儲單元出錯數(shù)增多。當把外部存儲器的存儲單元中的 數(shù)據(jù)取反，即"55H"變成"AAH"(對于二進制來說，就是"01010101B" 變成"10101010B"，每一位取反)時，器件的單粒子翻轉截面恢復 到未經6GCo y源輻照時的水平，甚至更低，這樣抵銷了累積劑量對 單粒子翻轉截面的影響。
對于類似系統(tǒng)，都可以采取上述方法消除總劑量效應對存儲器件 的影響。對照組存儲器的單粒子翻轉截面隨累積劑量的變化曲線如圖4
所示。未采取取反措施的外部存儲器的翻轉截面隨累積劑量的增加繼 續(xù)增大，也就是錯誤單元持續(xù)增多，總劑量效應的影響不斷加大。
權利要求
1.一種消除存儲器件總劑量效應的數(shù)據(jù)取反方法，其特征在于，包括a.對內部寄存器的數(shù)據(jù)取反①對計算機內部寄存器發(fā)送第一次取反指令；得到原始數(shù)據(jù)的取反數(shù)據(jù)；②對計算機內部寄存器發(fā)送第二次取反指令，將取反后的數(shù)據(jù)恢復為原來數(shù)據(jù)；b.對外部存儲器的數(shù)據(jù)取反①把外部存儲器的原始數(shù)據(jù)讀到主控計算機中；②發(fā)送第一次寫指令，給外部存儲器的存儲單元的每個字節(jié)寫入“55H”；③發(fā)送第二次寫指令，給外部存儲器的存儲單元的每個字節(jié)寫入“AAH”，將“55H”變成“AAH”，對于二進制來說，即將“01010101B”變成“10101010B”，每一位取反；④再把存入主控計算機中的外部存儲器的原始數(shù)據(jù)又重新寫入外部存儲器，覆蓋取反后的數(shù)據(jù)恢復外部存儲器的原來數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的消除存儲器件總劑量效應的數(shù)據(jù)取反方 法，其特征在于所述a.對內部寄存器的數(shù)據(jù)取反步驟Q中給內部寄 存器發(fā)送的第一次取反指令是應用匯編語言中的NOT語句。
3. 根據(jù)權利要求1所述的消除存儲器件總劑量效應的數(shù)據(jù)取反 方法，其特征在于所述a，對內部寄存器的數(shù)據(jù)取反步驟步驟②中再 次對內部寄存器發(fā)送的第二次取反指令是再次應用匯編語言中的 NOT語句。
全文摘要
本發(fā)明屬于計算機技術領域，具體涉及一種消除存儲器件總劑量效應的數(shù)據(jù)取反方法，步驟如下1)對計算機內部寄存器發(fā)送第一次取反指令；得到原始數(shù)據(jù)的取反數(shù)據(jù)；2)對計算機內部寄存器發(fā)送第二次取反指令，將取反后的數(shù)據(jù)恢復為原來數(shù)據(jù)；3)把外部存儲器的原始數(shù)據(jù)讀到主控計算機中；4)發(fā)送第一次寫指令，給外部存儲器的存儲單元的每個字節(jié)寫入“55H”；5)發(fā)送第二次寫指令，給外部存儲器的存儲單元的每個字節(jié)寫入“AAH”；6)把存入主控計算機中的原始數(shù)據(jù)又重新寫入外部存儲器，恢復原來數(shù)據(jù)。本發(fā)明對內部寄存器和外部存儲器的存儲單元中的數(shù)據(jù)進行取反操作的方法，可以有效消除總劑量效應對存儲器件的影響。
文檔編號G06F11/00GK101599030SQ20091002328
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權日2009年7月10日
發(fā)明者李永宏, 賀朝會 申請人:西安交通大學