SEM IP多種工作模式的區(qū)別和選擇指導(dǎo)

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(shí)際中應(yīng)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(cuò)誤的檢測(cè)，糾正以及錯(cuò)誤分類功能。這是SEM IP的最初被設(shè)計(jì)出來時(shí)定義的基本功能。

Testing: 指錯(cuò)誤插入功能。

Detect: 錯(cuò)誤的檢測(cè)功能。

Emulation：沒有檢錯(cuò)，糾錯(cuò)以及錯(cuò)誤分類功能。只支持插錯(cuò)和調(diào)試時(shí)需要的一些指令。

Monitoring：在Emulation的基礎(chǔ)上進(jìn)一步精簡(jiǎn)，去掉了插錯(cuò)。

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

Fig 1

依據(jù)這個(gè)表格，我們?cè)龠M(jìn)一步詳細(xì)看6個(gè)模式的特點(diǎn)。

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Mitigation and Testing

這是最常見、最基本的模式，也是初學(xué)者入手的建議和默認(rèn)模式。Mitigation實(shí)現(xiàn)了最基本的SEU事件檢、糾、分類，Testing使能了插錯(cuò)。這個(gè)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(jìn)入了工作模式OBSV （Observation），開始持續(xù)不斷的進(jìn)行SEU事件的檢測(cè)，糾正和上報(bào)（按需開啟錯(cuò)誤分類）。

開啟Testing功能后，正常工作的IP也可以通過指令進(jìn)入到IDLE狀態(tài)，通過插錯(cuò)指令開始一系列的測(cè)試，這是實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)調(diào)試IP的必要手段。插錯(cuò)指令可以模擬自然界的SEU事件，往CRAM內(nèi)存注入一個(gè)錯(cuò)誤。等IP回到正常工作狀態(tài)OBSV后，就會(huì)在例行檢查中探測(cè)到這個(gè)錯(cuò)誤，糾正然后上報(bào)。分析這一階段的Uart log，可以讓你了解到FPGA實(shí)際探測(cè)到SEU事件后的種種信號(hào)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(jìn)入OBSV，同時(shí)開啟了糾錯(cuò)功能和插錯(cuò)功能。

錯(cuò)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(chǔ)正確數(shù)據(jù)來自行開啟。

該模式支持的主要調(diào)試指令有 （以Uart指令為例）：

I: 進(jìn)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(chǔ)器的內(nèi)容（這個(gè)主要是做錯(cuò)誤分類時(shí)用的）

T: 轉(zhuǎn)換物理地址和線性地址

當(dāng)然其他的Uart指令和Command口指令也都支持。

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Mitigation Only

這個(gè)模式是實(shí)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(shí)驗(yàn)室調(diào)試的插錯(cuò)功能關(guān)閉了。

當(dāng)然，也有客戶會(huì)選擇保留插錯(cuò)功能，即開啟Mitigation and Testing。一個(gè)常見考慮是：現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)品發(fā)生了疑似SEU事件，現(xiàn)場(chǎng)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(yàn)證IP是否還在正常工作，可以插一個(gè)錯(cuò)誤試試看是否還有糾錯(cuò)、分類、上報(bào)等動(dòng)作，是否符合預(yù)期。當(dāng)然發(fā)生此類事件時(shí)一定注意保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，在專家指導(dǎo)下再繼續(xù)log讀取，插錯(cuò)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(jìn)入Detect模式。Detect是SEM IP的一個(gè)特殊模式，即 ‘只檢不糾 ‘。 檢測(cè)直至有錯(cuò)誤，上報(bào)錯(cuò)誤狀態(tài)后直接進(jìn)入IDLE模式，可以理解為開始休眠。

為什么有這種模式呢？因?yàn)镮P的糾錯(cuò)必然是有時(shí)延的（Table 2-9，https://docs.xilinx.com/r/en-US/pg187-ultrascale-sem ）。這個(gè)時(shí)延對(duì)絕大多數(shù)設(shè)計(jì)是足夠了，但是一些要求特別高的應(yīng)用或產(chǎn)品，比如航空航天級(jí)，一旦檢測(cè)到了SEU事件，不管這個(gè)事件是否真的對(duì)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(dòng)備用芯片。此時(shí)糾錯(cuò)功能就不需要了。

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

Testing，即在這種模式下加入調(diào)試插錯(cuò)功能。可以根據(jù)需要選擇是否開啟。

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Emulation 和 Monitoring

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

從Fig1還可以看到獨(dú)立于模式的兩種錯(cuò)誤檢測(cè)方式：

Detect Only (D):

重點(diǎn)是：檢到即停。通過在IDLE狀態(tài)下的命令啟動(dòng), SEM IP開始持續(xù)掃描直到檢測(cè)到了ECC或者CRC錯(cuò)誤。不糾正。匯報(bào)狀態(tài)并停在IDLE模式。

Diagnostic Scan (U)：

重點(diǎn)是：只檢一輪。命令啟動(dòng)后，IP會(huì)把整個(gè)CRAM掃描一遍且只掃描一遍，并且只檢測(cè)ECC錯(cuò)誤。然后不管錯(cuò)誤是0個(gè)還是多個(gè)，均會(huì)匯報(bào)上去。隨后停止在IDLE模式。

兩種錯(cuò)誤檢測(cè)方式一般也是用于實(shí)驗(yàn)室調(diào)試研究的。

總結(jié)，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(cè)方式，多用于實(shí)驗(yàn)室調(diào)試驗(yàn)證，一般不適用于正式產(chǎn)品。當(dāng)然，在清楚了解其他各模式和掃描方式的性能和特點(diǎn)后，也可以根據(jù)自己系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求來選用。






審核編輯：劉清