IC設(shè)計知識點：常見的自恢復(fù)設(shè)計

什么是自恢復(fù)設(shè)計

在芯片設(shè)計過程中，通常會針對特殊情況導(dǎo)致芯片無法使用額外添加一些功能，使得芯片具有更好的抗干擾能力。自恢復(fù)設(shè)計應(yīng)用場景很廣泛，比如、針對芯片溫度過高的處理、針對殘缺數(shù)據(jù)包的處理、針對長時間無數(shù)據(jù)響應(yīng)的處理、針對各類錯誤的處理。

1、高溫保護(hù)設(shè)計

幾乎每一顆芯片都溫度監(jiān)控模塊，大型芯片甚至有多個溫度監(jiān)控模塊。以電腦主板為例，在CPU或者顯卡溫度升高時，散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速會隨之增加，一旦芯片溫度過高，會觸發(fā)關(guān)機保護(hù)機制。這種設(shè)計僅僅是常見的被動式自恢復(fù)，而不是芯片自己主動觸發(fā)。芯片主動自恢復(fù)設(shè)計原理如下：芯片會主動監(jiān)控溫度值，當(dāng)溫度值進(jìn)入高溫區(qū)域時，會進(jìn)行主動告警，比如發(fā)出溫度中斷，從而告知管理軟件等。當(dāng)溫度值進(jìn)入超高溫區(qū)域，可能會導(dǎo)致芯片燒毀的風(fēng)險時，會主動進(jìn)行芯片降頻或者復(fù)位等操作。降頻操作是將時鐘頻率降低，從而降低功耗。

此設(shè)計在GPU中比較常見。復(fù)位操作是芯片自動產(chǎn)生邏輯復(fù)位，關(guān)閉部分或者全部功能，有效降低功耗，從而達(dá)到降低溫度的目的。

2、讀數(shù)據(jù)返回超時保護(hù)

主機讀芯片內(nèi)部寄存器時，有時會出現(xiàn)長時間沒有返回的情況，而AXI等讀寫總線必須要有返回數(shù)據(jù)，否則會一直卡住。針對此類情況，需要讀模塊產(chǎn)生讀返回信號與響應(yīng)信號。比如返回32’hdeaddead數(shù)據(jù)，并且給響應(yīng)信號rresp賦值相應(yīng)的錯誤值。例如PCIe作為Endpoint時，收到host主機的memrd讀請求時，并且將請求通過接口轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部總線，如果長時間沒有收到讀數(shù)據(jù)rdata，則需要進(jìn)行主動超時，自行返回rdata給主機，防止host主機因收不到rdata而卡住。

3、交互接口超時響應(yīng)保護(hù)

各類芯片的低速接口通常是握手交互處理機制，在沒有保護(hù)機制的情況下，如果slave端口因為某些原因卡住，無法正確響應(yīng)時，master端口也會被卡住。添加交互接口超時響應(yīng)保護(hù)邏輯，如果slave接口超時沒有響應(yīng)，master接口不應(yīng)該被卡住，而應(yīng)該能夠恢復(fù)到初始狀態(tài)，能夠發(fā)起下一次請求。特別是一個master對應(yīng)多個slave時，master的自恢復(fù)尤為重要。

4、殘缺數(shù)據(jù)過濾

像MAC、PCS等模塊處理數(shù)據(jù)時，完成的數(shù)據(jù)包有包頭和包尾，完整的數(shù)據(jù)包才能進(jìn)行正常的處理，而缺乏包頭或者包尾的殘缺包則會導(dǎo)致各類錯誤，因此需要在模塊入口處理對殘缺包進(jìn)行過濾，選擇補齊或者直接拋棄不完整的數(shù)據(jù)包，保證模塊入口數(shù)據(jù)的完整性。

5、模塊卡死自恢復(fù)

芯片內(nèi)部重要模塊發(fā)生錯誤(配置流程不合理等原因)會導(dǎo)致模塊或者整個芯片卡死，那么必須要添加自恢復(fù)設(shè)計。例如鏈表指針錯亂，接口復(fù)位長期沒有釋放，此種情況下，盡量保證模塊能夠自行恢復(fù)，能夠跳轉(zhuǎn)到初始狀態(tài)，如觸發(fā)自動初始化。

總結(jié)

芯片的考核指標(biāo)不僅僅是性能達(dá)標(biāo)，功能正常，可靠性同樣重要。自恢復(fù)設(shè)計能夠增強芯片的可靠性，保證芯片一些極端場景中依舊可以長期運行，是產(chǎn)品的加分項。一顆高品質(zhì)的芯片肯定實現(xiàn)了各種自恢復(fù)設(shè)計。

審核編輯：湯梓紅