存儲器在線檢查系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種存儲器在線檢查系統(tǒng)及方法，包括：中央處理器CPU；可編程邏輯器件；存儲器，存儲器的低位存儲區(qū)保存原始數(shù)據(jù)，高位存儲區(qū)保存校驗(yàn)數(shù)據(jù)；可編程邏輯器件通過數(shù)據(jù)總線和地址總線連接至中央處理器CPU，中央處理器CPU輸出檢查使能控制信號給可編程邏輯器件，可編程邏輯器件反饋錯誤信號給中央處理器CPU；可編程邏輯器件通過低位數(shù)據(jù)總線、高位數(shù)據(jù)總線和地址總線連接至存儲器，低位數(shù)據(jù)總線傳輸原始數(shù)據(jù)信息給存儲器，高位數(shù)據(jù)總線傳輸校驗(yàn)數(shù)據(jù)給存儲器。本發(fā)明通過差異化的冗余數(shù)據(jù)信息以及結(jié)合地址信息產(chǎn)生的校驗(yàn)碼實(shí)現(xiàn)對存儲器數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，可實(shí)時發(fā)現(xiàn)器件永久失效或隨機(jī)干擾帶來的存儲器數(shù)據(jù)的讀寫錯誤。
【專利說明】存儲器在線檢查系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于安全技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，用于實(shí)現(xiàn)安全關(guān)鍵系統(tǒng)中的可讀寫存儲器數(shù)據(jù)的在線檢查。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)控制系統(tǒng)和安全信號系統(tǒng)(應(yīng)用于航空電子、鐵路信號、核電等行業(yè))中，應(yīng)對運(yùn)行過程中關(guān)鍵的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行嚴(yán)格檢查，只有確保數(shù)據(jù)信息完整無誤才可用于后續(xù)的計算和輸出，否則需要進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種存儲器在線檢查方法，它可以通過差異化的冗余數(shù)據(jù)信息以及結(jié)合地址信息產(chǎn)生的校驗(yàn)碼實(shí)現(xiàn)對存儲器數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，可實(shí)時發(fā)現(xiàn)器件永久失效或隨機(jī)干擾帶來的存儲器數(shù)據(jù)的讀寫錯誤。
[0004]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種存儲器在線檢查系統(tǒng)，包括:中央處理器CPU ;可編程邏輯器件；存儲器，存儲器的低位存儲區(qū)保存原始數(shù)據(jù)，高位存儲區(qū)保存校驗(yàn)數(shù)據(jù)；可編程邏輯器件通過數(shù)據(jù)總線和地址總線連接至中央處理器CPU，中央處理器CPU輸出檢查使能控制信號給可編程邏輯器件，可編程邏輯器件反饋錯誤信號給中央處理器CPU;可編程邏輯器件通過低位數(shù)據(jù)總線、高位數(shù)據(jù)總線和地址總線連接至存儲器，低位數(shù)據(jù)總線傳輸原始數(shù)據(jù)信息給存儲器，高位數(shù)據(jù)總線傳輸校驗(yàn)數(shù)據(jù)給存儲器。
[0005]本發(fā)明的有益效果在于:通過差異化的冗余數(shù)據(jù)信息以及結(jié)合地址信息產(chǎn)生的校驗(yàn)碼實(shí)現(xiàn)對存儲器數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，可實(shí)時發(fā)現(xiàn)器件永久失效或隨機(jī)干擾帶來的存儲器數(shù)據(jù)的讀寫錯誤。通過可編程邏輯器件等可編程邏輯器件進(jìn)行編碼時，結(jié)合了數(shù)據(jù)和地址信息，不僅可以檢查數(shù)據(jù)信息的存儲失效，還可以檢查存儲器的地址耦合錯誤。
[0006]將中央處理器CPU輸出的數(shù)據(jù)總線的一半作為有效數(shù)據(jù)傳輸，另一半數(shù)據(jù)總線結(jié)合地址總線信息產(chǎn)生的校驗(yàn)數(shù)據(jù)作為冗余信息以實(shí)現(xiàn)對有效信息的差異化備份和數(shù)據(jù)正確性校驗(yàn)。
[0007]將中央處理器CPU輸出的有效信息通過可編程邏輯器件擴(kuò)充為2倍位寬的數(shù)據(jù)，其中一半為有效信息，另一半作為檢驗(yàn)信息，通過差異化的冗余數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)對存儲器數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。
[0008]存儲器數(shù)據(jù)通過可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)差異化的冗余存儲和讀取；數(shù)據(jù)檢查運(yùn)算由可編程邏輯器件協(xié)作實(shí)現(xiàn)，檢查到錯誤產(chǎn)生中斷通知給中央處理器CPU。
[0009]本發(fā)明還提供了一種存儲器在線檢查方法；
[0010]在寫存儲器過程中:將中央處理器CPU數(shù)據(jù)總線分別兩部分，一半作為低位地址總線，輸出原始數(shù)據(jù)信息，另一半作為高位地址總線，輸出原始數(shù)據(jù)的反碼或補(bǔ)碼；可編程邏輯器件接收到中央處理器CPU的數(shù)據(jù)、地址總線信息，將其冗余的高位地址總線的數(shù)據(jù)以及地址數(shù)據(jù)生成奇偶校驗(yàn)，異或值或循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC信息；[0011]在讀存儲器過程中:可編程邏輯器件從存儲器讀出的數(shù)據(jù)需要校驗(yàn)，根據(jù)寫操作使用的校驗(yàn)信息生成算法，反向計算判定原始數(shù)據(jù)是否正常；如果數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯誤，產(chǎn)生錯誤中斷給中央處理器CPU使其進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài)；如果數(shù)據(jù)校驗(yàn)正確，將數(shù)據(jù)輸出給中央處理器CPU，低位數(shù)據(jù)總線為原始數(shù)據(jù)，高位數(shù)據(jù)總線為原始數(shù)據(jù)的反碼或補(bǔ)碼；中央處理器(PU讀回數(shù)據(jù)并判斷是否高地位數(shù)據(jù)互為反碼或補(bǔ)碼，判斷存儲器是否正常。
[0012]在寫存儲器過程中:將中央處理器CPU的η位數(shù)據(jù)總線僅輸出原始數(shù)據(jù)信息，可編程邏輯器件輸出給存儲器時位寬擴(kuò)大為2η，低位數(shù)據(jù)總線為原始數(shù)據(jù)，高位數(shù)據(jù)總線為校驗(yàn)數(shù)據(jù)，存儲器同時保存這兩份數(shù)據(jù)到不同的存儲空間；可編程邏輯器件接收到中央處理器CPU的數(shù)據(jù)、地址總線信息，將其冗余的高位地址總線的數(shù)據(jù)以及地址數(shù)據(jù)生成奇偶校驗(yàn)，異或值或循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC信息；
[0013]讀操作時，原始數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)讀至可編程邏輯器件，校驗(yàn)數(shù)據(jù)錯誤會產(chǎn)生中斷給中央處理器CPU，中央處理器CPU僅讀到原始數(shù)據(jù)。
[0014]寫數(shù)據(jù)到存儲器不做檢查，讀取存儲器數(shù)據(jù)即時檢查，只有在發(fā)現(xiàn)器件永久失效或隨機(jī)干擾帶來的存儲器數(shù)據(jù)的讀寫錯誤才會引發(fā)中央處理器CPU進(jìn)入故障中斷處理。
[0015]所述可編程邏輯器件包括復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]圖1可讀寫存儲器在線檢查示意圖；
[0018]圖2精簡后的存儲器在線檢查示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明公開了一種在安全關(guān)鍵系統(tǒng)中通過可編程邏輯器件結(jié)合中央處理器CPU共同實(shí)現(xiàn)高效實(shí)時的存儲器在線檢查的方法。主要由可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)對信息的編碼和校驗(yàn)，對中央處理器CPU效率影響不大的情況下實(shí)時檢查存儲器或總線的錯誤。通過差異化的冗余數(shù)據(jù)信息以及結(jié)合地址信息產(chǎn)生的校驗(yàn)碼實(shí)現(xiàn)對存儲器數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，可實(shí)時發(fā)現(xiàn)器件永久失效或隨機(jī)干擾帶來的存儲器數(shù)據(jù)的讀寫錯誤。通過可編程邏輯器件等可編程邏輯器件進(jìn)行編碼時，結(jié)合了數(shù)據(jù)和地址信息，不僅可以檢查數(shù)據(jù)信息的存儲失效，還可以檢查存儲器的地址耦合錯誤。
[0020]本發(fā)明方法描述:
[0021]I)寫存儲器過程:
[0022]本方法將中央處理器CPU數(shù)據(jù)總線分別兩部分，一半作為低位地址總線，輸出原始數(shù)據(jù)信息；另一半作為高位地址總線，輸出原始數(shù)據(jù)的反碼或補(bǔ)碼?？删幊踢壿嬈骷邮盏街醒胩幚砥鰿PU的數(shù)據(jù)、地址總線信息，將其冗余的高位地址總線的數(shù)據(jù)以及地址數(shù)據(jù)生成奇偶校驗(yàn)，異或值或循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC信息。具體的需要根據(jù)可編程邏輯器件的資源、實(shí)現(xiàn)難度以及安全等級決定。由可編程邏輯器件將原始信息和生成的校驗(yàn)信息轉(zhuǎn)發(fā)給存儲器。存儲器的低位存儲區(qū)保存原始數(shù)據(jù)，高位存儲區(qū)保存校驗(yàn)數(shù)據(jù)。如圖1所示。
[0023]2)讀存儲器過程:
[0024]可編程邏輯器件從存儲器讀出的數(shù)據(jù)需要校驗(yàn)，根據(jù)寫操作使用的校驗(yàn)信息生成算法，反向計算判定原始數(shù)據(jù)是否正常。如果數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯誤，產(chǎn)生錯誤中斷給中央處理器(PU使其進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài)。數(shù)據(jù)校驗(yàn)正確，將數(shù)據(jù)輸出給中央處理器CPU，低位數(shù)據(jù)總線為原始數(shù)據(jù)，高位數(shù)據(jù)總線為原始數(shù)據(jù)的反碼或補(bǔ)碼。中央處理器CPU讀回數(shù)據(jù)并判斷是否高地位數(shù)據(jù)互為反碼或補(bǔ)碼。如果中央處理器CPU校驗(yàn)數(shù)據(jù)不正常，可重讀一遍，仍不正確則進(jìn)入安全狀態(tài)。這種方法要求某地址的數(shù)據(jù)在讀取之前必須有按該方式寫操作過。如圖1所示。
[0025]檢查使能控制用于需要檢查的存儲器地址無規(guī)律性的情況下。比如存儲器有些區(qū)域不可讀寫檢查，可檢查的區(qū)域不是一塊連續(xù)段，單從地址總線信息無法簡單確定是否需要檢查。檢查使能控制可使用IO 口輸出控制，考慮安全性，可采用多個輸入輸出接口 I/O避免單碼位的錯誤不可檢出。如果輸入輸出接口 I/o資源不足，可采用總線協(xié)議，比如對某個固定地址寫入特定的數(shù)據(jù)使可編程邏輯器件進(jìn)入或退出檢查狀態(tài)。
[0026]為了使中央處理器CPU獲得更高的效率，寫操作時，我們可以讓中央處理器CPU的η位數(shù)據(jù)總線僅輸出原始數(shù)據(jù)信息，完全讓可編程邏輯器件根據(jù)原始數(shù)據(jù)和地址信息產(chǎn)生冗余的校驗(yàn)信息。而可編程邏輯器件輸出給存儲器時位寬擴(kuò)大為2η，低位數(shù)據(jù)總線為原始數(shù)據(jù)，高位數(shù)據(jù)總線為校驗(yàn)數(shù)據(jù)，存儲器同時保存這兩份數(shù)據(jù)到不同的存儲空間。讀操作時，原始數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)讀至可編程邏輯器件，校驗(yàn)數(shù)據(jù)錯誤會產(chǎn)生中斷給中央處理器CPU。中央處理器CPU僅讀到原始數(shù)據(jù)，如圖2所示。這樣對存儲器數(shù)據(jù)的檢查有效性是一樣的，然而大大提高了中央處理器CPU的效率。
[0027]所述可編程邏輯器件包括復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD (Comp I ex Programmab I eLogic Device)和現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA (Field-Programmable Gate Array)
[0028]本發(fā)明并不限于上文討論的實(shí)施方式。以上對【具體實(shí)施方式】的描述旨在于為了描述和說明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案。基于本發(fā)明啟示的顯而易見的變換或替代也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。以上的【具體實(shí)施方式】用來揭示本發(fā)明的最佳實(shí)施方法，以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠應(yīng)用本發(fā)明的多種實(shí)施方式以及多種替代方式來達(dá)到本發(fā)明的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種存儲器在線檢查系統(tǒng)，其特征在于，包括: 中央處理器CPU; 可編程邏輯器件； 存儲器，存儲器的低位存儲區(qū)保存原始數(shù)據(jù)，高位存儲區(qū)保存校驗(yàn)數(shù)據(jù)； 可編程邏輯器件通過數(shù)據(jù)總線和地址總線連接至中央處理器CPU，中央處理器CPU輸出檢查使能控制信號給可編程邏輯器件，可編程邏輯器件反饋錯誤信號給中央處理器CPU ； 可編程邏輯器件通過低位數(shù)據(jù)總線、高位數(shù)據(jù)總線和地址總線連接至存儲器，低位數(shù)據(jù)總線傳輸原始數(shù)據(jù)信息 給存儲器，高位數(shù)據(jù)總線傳輸校驗(yàn)數(shù)據(jù)給存儲器。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲器在線檢查系統(tǒng)；其特征在于，將中央處理器CPU輸出的數(shù)據(jù)總線的一半作為有效數(shù)據(jù)傳輸，另一半數(shù)據(jù)總線結(jié)合地址總線信息產(chǎn)生的校驗(yàn)數(shù)據(jù)作為冗余信息以實(shí)現(xiàn)對有效信息的差異化備份和數(shù)據(jù)正確性校驗(yàn)。
3.如權(quán)利要求1所述的存儲器在線檢查系統(tǒng)；其特征在于，將中央處理器CPU輸出的有效信息通過可編程邏輯器件擴(kuò)充為2倍位寬的數(shù)據(jù)，其中一半為有效信息，另一半作為檢驗(yàn)信息，通過差異化的冗余數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)對存儲器數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。
4.如權(quán)利要求1所述的存儲器在線檢查系統(tǒng)；其特征在于，存儲器數(shù)據(jù)通過可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)差異化的冗余存儲和讀?。粩?shù)據(jù)檢查運(yùn)算由可編程邏輯器件協(xié)作實(shí)現(xiàn)，檢查到錯誤產(chǎn)生中斷通知給中央處理器CPU。
5.—種存儲器在線檢查方法；其特征在于， 在寫存儲器過程中:將中央處理器CPU數(shù)據(jù)總線分別兩部分，一半作為低位地址總線，輸出原始數(shù)據(jù)信息，另一半作為高位地址總線，輸出原始數(shù)據(jù)的反碼或補(bǔ)碼；可編程邏輯器件接收到中央處理器CPU的數(shù)據(jù)、地址總線信息，將其冗余的高位地址總線的數(shù)據(jù)以及地址數(shù)據(jù)生成奇偶校驗(yàn)，異或值或循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC信息； 在讀存儲器過程中:可編程邏輯器件從存儲器讀出的數(shù)據(jù)需要校驗(yàn)，根據(jù)寫操作使用的校驗(yàn)信息生成算法，反向計算判定原始數(shù)據(jù)是否正常；如果數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯誤，產(chǎn)生錯誤中斷給中央處理器CPU使其進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài)；如果數(shù)據(jù)校驗(yàn)正確，將數(shù)據(jù)輸出給中央處理器CPU，低位數(shù)據(jù)總線為原始數(shù)據(jù)，高位數(shù)據(jù)總線為原始數(shù)據(jù)的反碼或補(bǔ)碼；中央處理器CPU讀回數(shù)據(jù)并判斷是否高地位數(shù)據(jù)互為反碼或補(bǔ)碼，判斷存儲器是否正常。
6.—種存儲器在線檢查方法；其特征在于， 在寫存儲器過程中:將中央處理器CPU的η位數(shù)據(jù)總線僅輸出原始數(shù)據(jù)信息，可編程邏輯器件輸出給存儲器時位寬擴(kuò)大為2η，低位數(shù)據(jù)總線為原始數(shù)據(jù)，高位數(shù)據(jù)總線為校驗(yàn)數(shù)據(jù)，存儲器同時保存這兩份數(shù)據(jù)到不同的存儲空間；可編程邏輯器件接收到中央處理器CPU的數(shù)據(jù)、地址總線信息，將其冗余的高位地址總線的數(shù)據(jù)以及地址數(shù)據(jù)生成奇偶校驗(yàn)，異或值或循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC信息； 讀操作時，原始數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)讀至可編程邏輯器件，校驗(yàn)數(shù)據(jù)錯誤會產(chǎn)生中斷給中央處理器CPU，中央處理器CPU僅讀到原始數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求6所述的存儲器在線檢查方法；其特征在于， 寫數(shù)據(jù)到存儲器不做檢查，讀取存儲器數(shù)據(jù)即時檢查，只有在發(fā)現(xiàn)器件永久失效或隨機(jī)干擾帶來的存儲器數(shù)據(jù)的讀寫錯誤才會引發(fā)中央處理器CPU進(jìn)入故障中斷處理。
8.如權(quán)利要求6所述的存儲器在線檢查方法；其特征在于，所述可編程邏輯器件包括復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD和現(xiàn)場可編程`門陣列FPGA。
【文檔編號】G06F11/08GK103885850SQ201310065105
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月1日
【發(fā)明者】林先賢, 譚謹(jǐn), 劉傳勇, 蔡春田, 遲寶全, 沈雪亮, 戴康, 王佞, 吳耀東 申請人:上海富欣智能交通控制有限公司