SEM IP多種工作模式的區(qū)別和選擇指導

UltraScale / UlraScale+系列的SEM IP一共有6種工作模式，分別是：

? Mitigation and Testing
? Mitigation only
? Detect and Testing
? Detect only
? Emulation
? Monitoring only

實際中應該選擇什么模式工作呢？我們先從字面的定義看：

Mitigation: 包含SEU錯誤的檢測，糾正以及錯誤分類功能。這是SEM IP的最初被設計出來時定義的基本功能。

Testing: 指錯誤插入功能。

Detect: 錯誤的檢測功能。

Emulation：沒有檢錯，糾錯以及錯誤分類功能。只支持插錯和調試時需要的一些指令。

Monitoring：在Emulation的基礎上進一步精簡，去掉了插錯。

在我們選擇SEM IP配置生成的時候，可以看到有一個表格；這個表格非常直觀地表明了各個模式的區(qū)別。

Fig 1

依據(jù)這個表格，我們再進一步詳細看6個模式的特點。

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Mitigation and Testing

這是最常見、最基本的模式，也是初學者入手的建議和默認模式。Mitigation實現(xiàn)了最基本的SEU事件檢、糾、分類，Testing使能了插錯。這個模式可以理解為‘正統(tǒng)‘ SEM IP的功能集合。

開啟此模式的IP，在初始化完成以后就直接進入了工作模式OBSV （Observation），開始持續(xù)不斷的進行SEU事件的檢測，糾正和上報（按需開啟錯誤分類）。

開啟Testing功能后，正常工作的IP也可以通過指令進入到IDLE狀態(tài)，通過插錯指令開始一系列的測試，這是實驗室觀測調試IP的必要手段。插錯指令可以模擬自然界的SEU事件，往CRAM內(nèi)存注入一個錯誤。等IP回到正常工作狀態(tài)OBSV后，就會在例行檢查中探測到這個錯誤，糾正然后上報。分析這一階段的Uart log，可以讓你了解到FPGA實際探測到SEU事件后的種種信號行為和打印信息。

通過Fig 1，可以看到：

該模式初始化完成后即進入OBSV，同時開啟了糾錯功能和插錯功能。

錯誤分類功能是可以選擇的。根據(jù)系統(tǒng)是否有要求，是否有內(nèi)存存儲正確數(shù)據(jù)來自行開啟。

該模式支持的主要調試指令有 （以Uart指令為例）：

I: 進入IDLE狀態(tài)

Q/P: 讀取某一特定幀和寄存器的值

X: 讀外部存儲器的內(nèi)容（這個主要是做錯誤分類時用的）

T: 轉換物理地址和線性地址

當然其他的Uart指令和Command口指令也都支持。

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Mitigation Only

這個模式是實際大多數(shù)普通產(chǎn)品開啟的模式。同上述Mitigation and Testing相比，就是把多用于實驗室調試的插錯功能關閉了。

當然，也有客戶會選擇保留插錯功能，即開啟Mitigation and Testing。一個常見考慮是：現(xiàn)場的產(chǎn)品發(fā)生了疑似SEU事件，現(xiàn)場記錄未保存或不足以分析事件始末。或者 IP本身也受到SEU攻擊了（概率極低）。為了驗證IP是否還在正常工作，可以插一個錯誤試試看是否還有糾錯、分類、上報等動作，是否符合預期。當然發(fā)生此類事件時一定注意保護現(xiàn)場，在專家指導下再繼續(xù)log讀取，插錯等后續(xù)分析工作。

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Detect and Testing 和 Detect Only

IP在初始化完成以后直接進入Detect模式。Detect是SEM IP的一個特殊模式，即 ‘只檢不糾 ‘。 檢測直至有錯誤，上報錯誤狀態(tài)后直接進入IDLE模式，可以理解為開始休眠。

為什么有這種模式呢？因為IP的糾錯必然是有時延的（Table 2-9，https://docs.xilinx.com/r/en-US/pg187-ultrascale-sem ）。這個時延對絕大多數(shù)設計是足夠了，但是一些要求特別高的應用或產(chǎn)品，比如航空航天級，一旦檢測到了SEU事件，不管這個事件是否真的對系統(tǒng)功能有影響，一律按照最高影響處理：即停掉工作的FPGA，啟動備用芯片。此時糾錯功能就不需要了。

根據(jù)表格可以看到，IP的糾錯、分類功能都被禁掉了。只能接收用于調式的一些指令。

Testing，即在這種模式下加入調試插錯功能?？梢愿鶕?jù)需要選擇是否開啟。

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Emulation 和 Monitoring

這是根據(jù)客戶應用所設計的一種特殊狀態(tài)，它并不使能最基本的錯誤檢、糾、分類等功能。IP初始化完成后直接進入IDLE狀態(tài)，但是可以接收一些指令。主要是查看錯誤發(fā)生在不同位置后特定設計的狀態(tài)。

從Fig1還可以看到獨立于模式的兩種錯誤檢測方式：

Detect Only (D):

重點是：檢到即停。通過在IDLE狀態(tài)下的命令啟動, SEM IP開始持續(xù)掃描直到檢測到了ECC或者CRC錯誤。不糾正。匯報狀態(tài)并停在IDLE模式。

Diagnostic Scan (U)：

重點是：只檢一輪。命令啟動后，IP會把整個CRAM掃描一遍且只掃描一遍，并且只檢測ECC錯誤。然后不管錯誤是0個還是多個，均會匯報上去。隨后停止在IDLE模式。

兩種錯誤檢測方式一般也是用于實驗室調試研究的。

總結，Mitigation and Testing和Mitigation Only模式是SEM IP的常規(guī)用法。其他的模式或者檢測方式，多用于實驗室調試驗證，一般不適用于正式產(chǎn)品。當然，在清楚了解其他各模式和掃描方式的性能和特點后，也可以根據(jù)自己系統(tǒng)設計的具體要求來選用。






審核編輯：劉清