Tecniche di progettazione per la tolleranza ai guasti. Ridondanza di informazione, definizioni self checking

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1 Tecniche di progettazione per la tolleranza ai guasti Ridondanza di informazione, definizioni self checking

2 Ridondanza di Informazione Basata su codici per la rilevazione e correzione d errore Vantaggi Rileva sia guasti temporanei che permanenti L hardware in eccesso necessario è minore di quando si usano più copie di un solo modulo Svantaggio Progettazione più complessa

3 Rilevazione d errore Codici a rilevazione d errore usati per rilevare gli errori Se un errore viene rilevato Si ritorna a uno stato precedente non guasto (rollback) Si riprova l operzione

4 Rollback Richiede di aggiungere capacità di memorizzazione per salvare lo stato precedente L entità del rollback dipende dalla latenza del meccanismo di rilevazione Rilevazione d errore senza latenza Il rollback è implementato impedendo al sistema di aggiornare il suo stato Se gli errori vengono rilevati dopo n cicli Bisogna avere un sistema di rollback in grado di restaurare lo stato del sistema a quello di almeno n cicli di clock precedenti

5 Checkpoint L esecuzione viene suddivisa in sottoinsiemi di operazioni Prima che ciascuna operazione venga eseguita Viene creato un checkpoint dove viene memorizzato lo stato del sistema Se viene rilevato un errore durante l operazione Si ritorna (rollback) all ultimo checkpoint e si riprova l operazione Se si rileva un errore in molteplici repliche dell operazione L operazione si ferma e il sistema segnala che è avvenuto un guasto permanente

6 Rilevazione d errore Si codificano le uscite del circuito con un codice a correzione d errore Se l uscita non è una parola di codice c è un errore Inputs m Functional Logic k k Outputs m Check Bit Generator c Checker Error Indication

7 Definizioni Uso dei codici: da+ n input e m output con 2 n e 2 m possibili combinazioni di input ed output si mappano gli input e gli output funzionali in un so7oinsieme delle possibli combinazioni di input ed output I O

8 Definizioni Self-Testing: un circuito è self testing se, per ogni guasto f di un dato insieme di guasti F, almeno una parola di codice in ingresso produce un output che non è una parola di codice o i f o

9 Definizioni Fault secure: un circuito è fault secure per un dato insieme di guasti se, per ogni guasto f appartenente all insieme dei guasti F, l output del circuito o è la parola di codice corretta, oppure è una parola non di codice o i f f f o o

10 Definizioni Code disjoint: un circuito è code disjoint se parole di codice in ingresso si mappano in parole di codice in uscita e se parole non di codice in ingresso si mappano in parole non di codice in uscita I O

11 Self-Checking Checker Ha due output Caso normale senza errori le uscite sono (1,0) o (0,1) Se le uscite sono uguali tra loro, (0,0) o (1,1), allora c è un errore Non si può avere una indicazione di guasto con un solo output Il guasto Stuck-at 0 sull uscita del checker non sarebbe mai rilevata

12 Totally Self-Checking Checker Richiede che siano verificate le tre proprietà Code Disjoint Tutte le parole di codice sono mappate in parole di codice in uscita Fault Secure Per tutte le parole di codice in ingresso il checker produce o una parola di codice corretta oppure una parola non di codice (ma non una parola di codice non corretta) Self-Testing Per ogni guasto, almeno una parola di codice dà un indicazione di guasto

13 Duplicazione e confronto Un checker di uguaglianza rileva l errore Un guasto potrebbe non essere rilevato solo se un guasto di modo comune colpisse entrambe le copie Vengono rilevati solo i guasti dopo lo stem Più del 100% di overhead (includendo il checker) Stems Primary Inputs Functional Logic Functional Logic Equality Checker Error Indication

14 Codice di parità a bit singolo N M f(n) P(f(N)) P(M) p p comparator M= f(n) Il circuito di predizione della parità crea una stima della parità P(f(N)) Il circuito di predizione ha un overhead hardware variabile che può essere in media il 33% rispetto al circuito che implementa la f(n)

15 Codice di parità a bit singolo Totally self-checking checker creato rimuovendo l ultima porta logica dall albero XOR Parity prediction crea la parità dell input Per l associatività dell operazione di XOR si può fare lo XOR tra uno degli output e la parità prima dell ultimo XOR Functional Logic EI0 Parity Prediction EI1

16 Codice di parità a bit singolo Non si può rilevare un numero pari di errori sui bit Si può evitare un numero pari di errori sui bit generando ogni output con un cono di logica indipendente Si è nella assunzione di avere un singolo guasto per cui si evita che un guasto si propaghi su due output Tipicamente implica un grosso overhead

17 Two-Rail Checker Totally self-checking two-rail checker Verifica che A0 = A1 e B0 = B1, in tal caso C0 = C1 A0 B0 C0 B1 C1 A1