一种记录访存地址历史的硬件监测电路

摘要

一种记录访存地址历史的硬件监测电路，包括监测区域配置单元、仲裁控制单元、标记存储器、标记位计数单元、优先级内容寻址存储体j、二级优先级内容寻址存储体、多路选择器。本发明与现有技术相比，通过采用两级优先级内容寻址存储体，可对多个非连续的地址空间进行监测，监测粒度可以进行配置选择，实现监测范围和监测粒度的折衷优化，为热备份计算机中单机失步后的数据信息同步过程提供了硬件支持。

说明书

技术领域

本发明涉及一种记录访存地址历史的硬件监测电路。

背景技术

热备份计算机在连续稳定运行期间，会由于各种故障而造成某单机与其他单机失步，进而造成热备份计算机整机降级运行。为提高热备份计算机整机可靠性和寿命，将瞬时性故障造成的失步单机重新引入热备份计算机整机运行中意义很大。将其如何重新引入热备份计算机整机中重新工作问题即为并机问题。

空间站GNCC采用五机热备容错构型，其中四台单机具备处理能力，一台单机无处理能力。根据GNCC运行过程，失步单机与正常单机相比区别在于现场信息的不同。现场信息可分为两类：1)时间信息；2)数据信息。因此，失步单机必须完成时间同步和数据同步才能恢复和其他正常单机的同步，本发明主要通过访存地址分级监测方法为失步计算机的现场数据信息的同步提供硬件支持。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种记录访存地址历史的硬件监测电路，克服传统的处理器访存地址历史无法记录的不足，通过采用两级优先级内容寻址存储体，可对多个非连续的地址空间进行监测，监测粒度可以进行配置选择，实现监测范围和监测粒度的折衷优化，为热备份计算机中单机失步后的数据信息同步过程提供了硬件支持。

本发明的技术解决方案是：一种记录访存地址历史的硬件监测电路，包括监测区域配置单元、仲裁控制单元、标记存储器、标记位计数单元、优先级内容寻址存储体j、二级优先级内容寻址存储体、多路选择器；

监测区域配置单元，根据外部任务需求对监测地址范围、监测地址粒度、监测使能进行配置，将配置后的监测地址范围、监测地址粒度、监测使能送至仲裁控制单元，并根据配置的监测地址范围配置监测起始地址寄存器、监测结束地址寄存器，且监测起始地址寄存器的配置值小于监测结束地址寄存器；所述的监测地址粒度为16n字节且不大于1024字节，其中，n为整数；

仲裁控制单元，监测待监测总线的写使能信号，当待监测地址处于监测地址范围且待监测总线的写使能信号有效时，判断监测地址粒度，若监测地址粒度为16n字节，生成标记存储器写信号有效且写地址为待监测地址的第n+8位到第n-1位，共10比特，将标记存储器写信号、写地址送至标记位计数单元、标记存储器；

标记存储器，接收标记存储器写信号、写地址进行标记存储，当标记存储器写信号有效时，将写地址对应的比特位置为1，其余比特位不变；将标记存储器中1024个比特位对应的数值送至标记位计数单元；将标记存储器中1024个比特位对应的数值连续32个进行打包，得到32个数值包并分别送至32优先级内容寻址存储体；

标记位计数单元，接收标记存储器中1024个比特位对应的数值、标记存储器写信号、写地址，当写使能信号有效，且写地址对应的标记存储器中比特位为0时，标记位计数单元加1；

优先级内容寻址存储体j，其中j为不大于32的正整数，接收32位的数值包，生成监测有效标志j、优先地址输出j；其中，如果优先级内容寻址存储体j接收的32位的数值包全为0，监测有效标志j为0，否则监测有效标志j为1；当32位的数值中第k位为1且第0位到k-1位为0时，优先地址输出j为k的5位二进制，其中，k＝1，2，3，…，31，当32位的数值中第0位为1时，优先地址输出j为00000；将优先地址输出j送至多路选择器，将监测有效标志j送至二级优先级内容寻址存储体；

二级优先级内容寻址存储体，接收监测有效标志j，得到32位的监测有效标志数据包，生成监测有效标志、有效地址高位；其中，如果32位的监测有效标志数据包全为0，监测有效标志为0，否则监测有效标志为1；当32位的监测有效标志数据包第k位为1且第0位到k-1位为0时，有效地址高位为k的5位二进制，其中，k＝1，2，3，…，31，当32位的监测有效标志数据包第0位为1时，有效地址高位为00000；将有效地址高位送至多路选择器；

多路选择器，接收有效地址高位、优先地址输出j，对有效地址高位对应的优先地址输出j作为有效地址低位。

所述的监测粒度可进行配置，可对多个非连续的地址空间进行监测。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过基于组合逻辑输出接口的C单元电路结构自动生成，解决了当前人工设计电路的时间开销过大的问题，具有可批量化实现组合逻辑单元的C单元加固的优点；

(2)本发明用两级优先级内容寻址存储体，与顺序查询模式相比，具有更高的查询效率，与直接并行查询的一级查询方法相比，具有更高的评估频率；

(3)本发明结构可对多个非连续的地址空间进行监测，监测粒度可以进行配置选择，实现监测范围和监测粒度的折衷优化，具有很好的使用价值。

附图说明

图1为本发明整体电路结构图；

图2为内容寻址存储体结构示意图。

具体实施方式

一种记录访存地址历史的硬件监测电路，克服传统的处理器访存地址历史无法记录的上述不足，通过采用两级优先级内容寻址存储体，可对多个非连续的地址空间进行监测，监测粒度可以进行配置选择，实现监测范围和监测粒度的折衷优化，为热备份计算机中单机失步后的数据信息同步过程提供了硬件支持。

监测区域配置单元，根据外部任务需求对监测地址范围、监测地址粒度、监测使能进行配置，将配置后的监测地址范围、监测地址粒度、监测使能送至仲裁控制单元，并根据配置的监测地址范围配置监测起始地址寄存器、监测结束地址寄存器，且监测起始地址寄存器的配置值小于监测结束地址寄存器；所述的监测地址粒度为16n字节且不大于1024字节，其中，n为整数；监测粒度可进行配置，可对多个非连续的地址空间进行监测。

仲裁控制单元，监测待监测总线的写使能信号有效，当待监测地址处于监测地址范围且待监测总线的写使能信号有效时，判断监测地址粒度，若监测地址粒度为16n字节，生成标记存储器写信号有效且写地址为待监测地址的第n+8位到第n-1位，共10比特，将标记存储器写信号、写地址送至标记位计数单元、标记存储器。

标记存储器，接收标记存储器写信号、写地址进行标记存储，当标记存储器写信号有效时，将写地址对应的比特位置为1，其余比特位不变；将标记存储器中1024个比特位对应的数值送至标记位计数单元；将标记存储器中1024个比特位对应的数值连续32个进行打包，得到32个数值包并分别送至32优先级内容寻址存储体。

标记位计数单元，接收标记存储器中1024个比特位对应的数值、标记存储器写信号、写地址，当写使能信号有效，且写地址对应的标记存储器中比特位为0时，标记位计数单元加1。

优先级内容寻址存储体j，其中j为不大于32的正整数，接收32位的数值包，生成监测有效标志j、优先地址输出j；其中，如果优先级内容寻址存储体j接收的32位的数值包全为0，监测有效标志j为0，否则监测有效标志j为1；当32位的数值中第k位为1且第0位到k-1位为0时，优先地址输出j为k的5位二进制，其中，k＝1，2，3，…，31，当32位的数值中第0位为1时，优先地址输出j为00000；将优先地址输出j送至多路选择器，将监测有效标志j送至二级优先级内容寻址存储体。

二级优先级内容寻址存储体，接收监测有效标志j，得到32位的监测有效标志数据包，生成监测有效标志、有效地址高位；其中，如果32位的监测有效标志数据包全为0，监测有效标志为0，否则监测有效标志为1；当32位的监测有效标志数据包第k位为1且第0位到k-1位为0时，有效地址高位为k的5位二进制，其中，k＝1，2，3，…，31，当32位的监测有效标志数据包第0位为1时，有效地址高位为00000；将有效地址高位送至多路选择器。

多路选择器，接收有效地址高位、优先地址输出j，对有效地址高位对应的优先地址输出j作为有效地址低位。例如有效地址高位为00000，则选择优先地址输出0作为有效地址低位，有效地址高位为00110，则选择优先地址输出6作为有效地址低位。下面结合附图对本发明进行详细的解释和说明。

本发明提出的访存地址分级监测方法的整体电路结构如图1所示，该电路结构包括监测区域配置单元、仲裁控制单元、标记位计数单元、标记存储器、两级优先级内容寻址存储体以及多路选择器构成。

监测过程如下：复位后，标记存储器的数值全为‘0’，当待监测写使能有效后，同时待监测写地址处于监测配置区域的有效区间内，则将待监测写地址对应的标记存储器映射位写为‘1’，标记位计数单元加1，待监测写地址与标记存储器映射位的关系可由监测粒度寄存器配置，当重复写同一个待监测地址时，标记位计数单元计数值不变，监测信息读出后，相应的RAM映射位写为‘0’。电路结构的每个单元详细设计如下：

(一)监测区域配置单元：

该模块可对监测地址的范围、粒度、监测使能进行配置。每个监测区域配置单元包含一个监测起始地址寄存器和一个监测结束地址寄存器，监测起始地址寄存器的配置值小于监测结束地址寄存器时，配置有效，该结构便可监测配置地址范围内的地址写访问情况。如图1所示，有四个监测区域配置单元，每个监测区域配置单元有独立的使能配置位，则该结构可对四段非连续的地址空间进行监测。监测区域配置单元可配置监测粒度寄存器，该寄存器可在待监测范围和待监测粒度之间做合理折衷。待监测范围和待监测粒度以及标记存储器容量之间满足如下公式：

监测范围/监测粒度＝监测标记存储器容量

表1所示为监测粒度寄存器的配置值与监测粒度的关系：

(二)仲裁控制单元：

该模块用于仲裁选通多个监测区域配置单元，通过监测总线写使能信号和写地址，生成标记存储器写信号和写地址，实现对标记存储器的读写控制。

(三)标记位计数单元：

标记位是指待监测地址通过监测粒度寄存器而对应的标记存储器的特定比特位。标记位计数单元用于实现对待监测地址变化量的统计。当待监测写使能有效后，同时待监测写地址处于监测配置区域的有效区间内，同时该标记位尚未被写过，即对应的标记存储器数据为‘0’，则将标记位计数单元加1。

(四)标记存储器：

该模块用于存储被更改过的待监测地址的信息，当待监测地址的内容被更改过，则标记存储器中对应的比特位为1，否则为0。

(五)优先级内容寻址存储体：

内容寻址存储体与传统的RAM存储结构有所不同，如图2所示。在本发明方案中，内容寻址存储体的匹配数据简单，只有一个比特，保证了优先级内容寻址存储体的结构不会过于复杂，同时，对于一个存储体中必然存在有多个地址与待匹配数据匹配的情况，其输出的有效地址为优先级最高的匹配地址，如果整个优先级内容寻址存储体中没有一个地址的数据可以匹配数据‘1’，则匹配标志输出‘0’，否则输出‘1’。

本发明采用两级优先级内容寻址存储体，第一级的输入是标记存储器的数据，相当于对标记存储器数据进行分块统计，输出是低位有效地址和匹配标志；第二级优先级内容寻址存储体输入是多个第一级的优先级内容寻址存储体的匹配标志，输出是高位有效地址和整个系统的匹配标志。

与状态机控制下的顺序查询模式相比，本发明的两级优先级内容寻址存储体查询方法受益于查询的并行性，大大提高了查询的效率，而与直接并行查询的一级查询方法相比，本文方法合理的划分了查询流水级，提高了整个系统的工作频率。

(六)多路选择器：

多路选择器模块用于将多个第一级的优先级内容寻址存储体的有效地址进行选通输出，其选通的依据来源于第二级优先级内容寻址存储体的高位地址输出。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。