Rocket - util - ECC

Posted 2021-12-06 wjcdx

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介绍ECC（Error Correcting Code/Error Checking and Correcting）的实现框架。不涉及编码的具体实现细节。

 

??

 

1. 码：Code

 

??

所有编码（如奇偶校验码、海明码）的抽象父类。

 

包含如下几个方面：

a. 能否检错：canDetect；

b. 能否纠错：canCorrect；

c. width()：输入为数据的宽度，输出为编码后码文的宽度，一般情况下为数据和监督码的宽度之和；

d. encode(x)：把数据x进行编码，并输出编码后的码文；

e. decode(y)：对码文y进行解码，输出解码结果Decoding；

f. swizzle(x)：参考注释；

 

2. 解码结果：Decoding

 

??

 

Decoding为解码结果，包含如下几个方面：

a. uncorrected：码文中未纠错的数据，即码文中的原始数据；

b. corrected: 使用监督码纠错之后的数据，即解码的输出结果；

c. correctable：根据各种码的实现，correctable意义为：有没有进行纠错；

d. uncorrectable：根据各种码的实现，uncorrectable的意义为：解码输出的结果是否正确；

e. error：是否包含错误，无论是否可以纠正的错误，都视为错误；

 

correctable/uncorrectable的命名是有问题的，词不达意，且造成误解。

 

从字面意思上看，correctable和uncorrectable应该相反，即correctable = !uncorrectable，为什么会定义两个呢？所以不能从字面意思上理解，他们代表了两个不同的意义。

 

correctable和uncorrectable分别代表能修正的错误位和不能修正的错误位？也不是，两者的类型皆为Bool，而非UInt。

 

单从命名上无法推知他们的意义。

 

参考IdentityCode/ParityCode/SECCode的实现之后，推知两者的意义分别为：

a. correctable：有没有进行纠错；

b. uncorrectable：解码输出的结果是否正确，即corrected的值是否正确（是否存在不可挽回的错误）；

 

即两者标识从原始数据（uncorrected）到最终数据（corrected）过程中的两个情况：

a. 是否发生了纠错；

b. 是否纠正了错误；

 

为了提高可读性，个人尝试对Decoding改名如下：

??

 

??

 

PS. 因为对码研究有限，这个修改未必正确，提请注意。

 

再回过头来看uncorrectable的注释：

??

因为uncorrectable是对纠错结果的标识，如果uncorrectable为真，则存在不可挽回的错误，即不可纠正的错误，那么有没有发生过纠错（由correctable标识）就无关紧要了。

 

3. IdentityCode

 

??

相同编码。

a. 没有检错能力：def canDetect = false

b. 没有纠错能力：def canCorrect = false

c. 码文宽度与数据宽度相同：def width(w0: Int): Int = w0

d. 码文与数据相同，没有监督码：

??

e. swizzle：没有研究；

f. decode:

??

 

重构之后为：

??

a. 码文中的原始数据（raw）为y，即全部都是原始数据，不存在监督码；

b. 最终输出的数据（out）为y；

c. 是否发生过纠错（corrected）：没有；

这里存在两个层次：首先IdentityCode没有纠错能力，进而也没有发生纠错；

d. 是否存在不可纠正的错误（uncorrectable）：没有；

这个没有是因为IdentityCode没有检错能力，不知道是否存在错误；

 

4. ParityCode

 

??

奇偶检验码。

a. 能够检错：def canDetect: Boolean = true

b. 不能纠错：def canCorrect: Boolean = false

c. 含有1位监督码：def width(w0: Int): Int = w0+1

d. 使用逐位异或计算奇偶校验码：def encode(x: UInt, poison: Bool = Bool(false)): UInt = Cat(x.xorR ^ poison, x)

e. decode:

??

其中：

a. 码文中的数据（raw）为去掉最高的奇偶校验码：val raw: UInt = y(y.getWidth-2,0)

b. 最终输出的数据（out）为raw：不具备纠错能力；

c. 是否发生过纠错（corrected）：没有，同IdentityCode；

d. 是否存在不可挽回的错误：因为没有纠错能力，所以只要发生错误，即是不可挽回的错误。检错通过对码文逐位异或实现。如果结果为0，则没检测到错误（检错能力有限，不代表没有错误）；如果结果为1，则检测到错误。

 

5. SECCode

 

既能检错，又能纠错的单个错误校正码（single-error-correcting）。这里不具体研究其实现，只研究decode输出的Decoding。

 

监督码的值代表发生错误的位：

??

??

其中：

a. 码文中的原始数据（raw）：y(k-1, 0)，除去监督码；

b. 最终输出的数据（out）为纠错后的数据，把检测到错误的位反转：val out: UInt = raw ^ sysBadBitOH

c. 是否发生过纠错（corrected）：如果监督码不为0，则发生了纠错：val corrected: Bool = syndromeUInt.orR；

d. 是否存在不可挽回的错误（uncorrectable）

??

如果长度合适，则所有的码文都可以纠正，即uncorrectable恒为Bool(false)；

如果长度不合适，则是否能够纠正取决于监督码是否异常：syndromeUInt > UInt(n)

 

6. SECDEDCode

 

??

 

Single Error Correction, Double Error Detection。

能力有限，这里不做研究了。

 

7. ErrGen

 

??

错误发生器。

 

8. CanHaveErrors

 

??

是否包含错误的特征。

 

9. ECCParams

 

??

ECC的参数：

a. 字节数；

b. 码的类型；

c. 是否通知错误；

 

10. 伴生对象Code

 

??

方便从名称生成相应的码的对象。

 

11. 附录

 

ECCRefactored.scala:

略