I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 8 ,   p p .   74 ~ 81   I SS N:  2 089 - 4 864 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es . v 7 . i2 . p p 7 4 - 81          74       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JR E S /in d ex   Berg er Code Ba se d Concurr ent  O nl ine Sel f - t esting   o E m be dded  Proce ss o rs       G .   P ra s a d Ac ha ry a 1 M .   Ash a   Ra ni 2   1 De p a rtme n o f   ECE ,   S re e n i d h i   I n stit u te  o f   S c ien c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   H y d e r a b a d ,   TG ,   In d ia.   2 De p a rtme n o f   ECE ,   JN T UH   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   JN T UH   Un i v e rsit y ,   H y d e ra b a d ,   TG ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r ch   1 6 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Ma y   17 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Ma y   3 1 2018       In   th is  p a p e r,   w e   p ro p o se   a n   a p p r o a c h   to   d e tec th e   tem p o ra r y   f a u lt in d u c e d   b y   a n   e n v iro n m e n tal  p h e n o m e n o n   c a ll e d   si n g le  e v e n u p se (S EU).     Be rg e c o d e   b a se d   se lf - c h e c k in g   c h e c k e rs  p ro v id e a n   o n li n e   d e tec ti o n   o f   f a u lt in   d ig it a c ircu it a w e ll   a in   m e m o r y   a rr a y s.  In   th is  w o rk ,     a   c o n c u rre n Be rg e c o d e   b a se d   o n li n e   se lf -   tes tab le  m e th o d o l o g y   i s p ro p o se d   a n d   in teg ra ted   in   3 2 - b i DL X   Re d u c e d   In str u c ti o n   S e C o m p u ter  (RIS C)  p ro c e ss o o n   a   sin g le  sili c o n   c h i p .   T h e   p ro p o se d   m e th o d o l o g y   is   im p le m e n t e d   a n d   v e ri f ied   f o v a rio u a rit h m e ti c   a n d   lo g ica o p e ra ti o n o f     th e   DL X   p r o c e ss o r.   T h e   F P GA   im p le m e n tatio n   o f   th e   p ro p o se d   d e sig n   sh o w s   th a a   m e a g e in c re a s e   in   h a rd w a r e   u ti li z a ti o n   f a c il it a tes   o n li n e   se lf -   tes ti n g   to   d e tec tem p o ra r y   f a u lt s .   K ey w o r d s :   B er g er   C o d   DL R I SC     O n li n test in g     Sin g le  ev e n u p s et   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   G.   P r asad   A ch ar y a   Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics a n d   C o m m u n icat io n   E n g i n ee r in g ,   Sre en id h i I n s ti tu te  o f   Scie n ce   an d   T ec h n o lo g y ,   H y d er ab ad ,   T G,   I n d ia.   E m ail:  g p r asad 0 4 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h tr an s is to r   m i n iat u r izatio n   an d   in teg r atio n   d en s i t y   r ate   in   to d ay s   VL SI  tech n o lo g y   h as  b ee n   f o llo w in g   th Mo o r e’ s   la w   a n d   ev e n   Mo r t h a n   Mo o r e’ s   la w .   Si n ce   ea r l y   2 0 0 0 ,   th V L SI  tec h n o lo g y   h as   b ee n   s h r u n k   in to   d ee p   s u b m icr o n   tec h n o lo g y   w h ich   h a s   led   t o   th e   d ev elo p m e n o f   co m p lete   s y s te m   i n     s in g le  s ilico n   ch ip   an d   th tech n o lo g y   h as  b ee n   n a m ed   as  S y s te m - on - c h ip   ( So C )   tech n o lo g y .     T o d ay s   M u lti - p r o ce s s o r   S y s t e m   o n - c h ip   ( MP So C )   an d   Net w o r k   o n - ch ip   ( No C )   tec h n o lo g ies  w it h   h ig h   le v e l   in te g r atio n   ar o f f e r i n g   eith er   s er v er - b ased   o r   clo u d - b ased   m as s iv e l y   p ar allel  p r o ce s s in g .     Gr ap h ics  P r o ce s s in g   U n it  ( GP U)   p r o ce s s o r s   d ev elo p ed   b y   NVI DI A   co n s is o f   m a s s iv el y   p ar allel  co r   ( ev en   u p   to   t h o u s a n d s )   ar ch it ec tu r t h at  ar ca p ab le  o f   e x e cu ti n g   th o u s a n d s   o f   s m aller   t ask s   s i m u lta n eo u s l y   th er eb y   in cr ea s in g   th co m p u tatio n a s p ee d   b y   m a n y   f o l d s .   T h ese  p r o ce s s o r s   p lay   an   i m p o r tan r o le  in   ac ce ler atin g   t h co m p u tatio n a s p ee d   in   v er y   h i g h   d ata  i n v o lv ed   ap p licatio n s   s u ch   as  ar ti f icial  in telli g en ce   i n   au to m o b iles ,   d r o n es a n d   v id eo   s u r v e illan ce s .   R I SC   b ased   p r o ce s s o r s   ar t h b ac k b o n es  o f   ap p licatio n   s p ec if ic  e m b ed d ed   s y s te m s .   R I S C   p r o v id es   p latf o r m   w h er ei n   s m all - s e t   o f   in s tr u ctio n s   ar m ad av a il ab le  f o r   s p ec if ic  tas k s   s o   th at  t h ex ec u tio n   ta k e s   p lace   at  m u c h   h i g h er   s p ee d   i.e .   ev en   m o r th a n   m illi o n s   o f   in s tr u ctio n s   p er   s ec o n d ,   h en ce   also   ca lled     as M I P S tec h n o lo g y .   Du to   s u b - m icr o n   m i n iat u r i za tio n   an d   h ig h   in te g r atio n   d en s it y   o f   tr an s is to r s ,   to d ay s   I C s   ar e   b ec o m i n g   m o r an d   m o r s u s ce p tib le  n o o n l y   to   m a n u f ac t u r in g   d ef ec t s   b u also   to   th en v ir o n m en ta l   d is tu r b an ce s   s u c h   SEU.   T h e   m a n u f ac t u r i n g   d ef ec t s ,   m aj o r ity   o f   th e m   b ein g   s t u ck - at  f au lt s   m a y   ca u s e     th p er m an e n f ail u r o f   th s y s te m   an d   ar w ell  tar g eted   with   o f f li n e - B u ilt  i n   Sel f - test   ( B I ST)   m et h o d o lo g y     [1 ] ,   [ 2 ] .   T h tem p o r ar y   f au lt s   ar h ar d er   to   d etec d u r in g   test   b ec au s th e s f a u lt s   ar u n li k el y   to   o cc u r   d u r in g   test .   T h ese  f au l ts   n o r m all y   o c cu r   at  f ield   an d   m a y   ca u s t h m al f u n ctio n i n g   o f   t h s y s te m   d u r i n g   th e   ti m Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       B erg er  C o d B a s ed   C o n cu r r en t O n lin S elf - test in g   o f E mb e d d ed   P r o ce s s o r s   ( G.   P r a s a d   A ch a r ya )   75   w h e n   th e y   o cc u r .   T h o n lin s elf - test   m et h o d o lo g ies  h a v th ca p ab ilit y   o f   d etec ti n g   s u c h   t y p o f   te m p o r ar y   f au lts   w it h o u t s y s te m   d o w n ti m e.   T h is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s T h s ec tio n - 2   o u tli n es  t h ar ch itect u r an d   in s tr u ctio n   f o r m at  o f   DL R I S C   p r o ce s s o r .   T h e   em b ed d ed   p r o ce s s o r   test in g   m et h o d o lo g ies  ar p r esen ted   in   s ec tio n   3 .   T h p r o p o s ed   co n cu r r en o n li n s el f - test   m et h o d o lo g y   i s   p r esen ted   in   s ec tio n   4 .   Sectio n   5   d is cu s s e s   ab o u t     th ex p er i m en tal  w o r k   p r esen t ed   in   th i s   p ap er .   Fin all y ,   t h c o n clu d i n g   r e m ar k s   ar p r esen t ed   in   s ec tio n   6 .       2.   DL X   RI SC P RO CE SS O A RCH I T E C T UR E   T h e   DL X   is   a   32 - b it  R ed u ce d   I n s tr u ctio n   Set  C o m p u ter   ( R I SC )   d ev elo p ed   b ased   o n   lo ad - s to r an d   m illi o n s   o f   i n s tr u ctio n s   p er   s ec o n d   ( MI P S)  ar ch itectu r [ 3 ] .   T h DL R I S C   p r o ce s s o r   is   th s i m p lest   ar ch itect u r ( as  s h o w n   in   Fi g u r 1 )   u s ed   f o r   ac ad em ic  p u r p o s an d   is   th b asic  ar ch itectu r f o r   co m m er cia ll y   av ailab le  R I SC   p r o ce s s o r s .   T h D L ar c h itect u r in cl u d es   r eg is ter   s et  o f   3 2   r eg i s ter s   ea ch   o f   s ize  3 2 - b it s   w id an d   3 2 - b it  P r o g r am   co u n ter   ( P C ) .   T h p r o ce s s o r   is   b ased   o n   f iv e - s tag p ip eli n in g   ar ch itect u r e.   T h ese  p ip elin s ta g es  ar I n s tr u ctio n   Fetch   ( I F),   I n s tr u ct io n   Dec o d ( I D) ,   E x ec u te  ( E X) ,   Me m o r y   A cc e s s   ( ME M)   an d   W r ite  b ac k   ( W B ) .   Du r in g   I s ta g e,   3 2 - b it in s tr u ctio n   w ill  g et  f etch ed   f r o m   m e m o r y .   T h P C   h o ld s   t h ad d r ess   o f   n e x t   in s tr u ctio n   to   b f etch ed   ( i)   b y   i n cr e m e n ti n g   P C   b y   4   in   ca s o f   s eq u en tial  ex ec u tio n   a n d   ( ii)  b r an ch   tar g et   ad d r ess   p r ed icted   b y   t h b r an ch   p r ed ictio n   lo g ic.   Du r i n g   I s tag e,   t h in s tr u ctio n   d ec o d er   d ec o d es  th 3 2 - b it   in s tr u ctio n s   i n to   v ar io u s   f iel d s   as  g iv e n   i n   T ab le  1   an d   d eter m in e s   t h r eq u ir ed   o p er an d s   a n d   b r an ch i n g   ad d r ess .   Du r in g   E s tag e,   t h AL p er f o r m s   t h ar ith m etic  a n d   lo g ical  o p er atio n s   o n   th o p er an d s   d ec o d ed / p r o v id ed   b y   t h in s t r u ctio n   d ec o d er .   Du r in g   ME s tag e,   t h co m p u ted   r esu lt s   w i ll  b s to r ed   in     th d ata  m e m o r y .   T h r es u lt  w il b w r itte n   b ac k   i n to   r eg i s ter   d u r i n g   W B   s tag e.   T h M E an d   W B   c y cle s   ca n   b p er f o r m ed   in   s i n g le  clo ck   c y cle  a n d   h e n ce   t h e x ec u tio n   o f   an   in s tr u ct io n   ca n   b co m p leted   i n   4     clo ck   c y cle s .           Fig u r 1 .   A r ch itectu r o f   D L X   R I SC   p r o ce s s o r           1   2   3   4   5   6   7   8   I F 1   I D 1   EX 1   M E M 1   W B 1           I F 2   I D 2   EX 2   M E M 2   W B 2           I F 3   I D 3   EX 3   M E M 3   W B 3           I F 4   I D 4   EX 4   M E M 4   W B 4     Fig u r 2 Fiv s ta g p ip elin i n g   o f   DL p r o ce s s o r       T h A r ith m etic  an d   L o g ic  U n it  ( AL U)   p er f o r m s   th 3 2 - b it  in teg er   an d   f lo ati n g   p o in ( s in g le  an d   d o u b le  p r ec is io n )   ar ith m e tic  o p er atio n s   an d   lo g ical  o p er atio n s .   A ll  t h i n s tr u ctio n s   in   D L p r o ce s s o r s   ar e     C lo ck   p u l s ( n )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 8   :   74     81   76   32 - b it  lo n g   an d   ca n   b d iv i d ed   in to   th f o llo w i n g   th r ee   class e s   ac co r d in g   to   th t y p o f   th o p er atio n :     R   ( r eg is te r ) - t y p e,   I   ( immed ia te - t y p a n d   J   ( ju mp ) - ty p e.   I n   R - t y p i n s tr u ctio n s ,   th r ee   r e g is ter s   ( t w o   s o u r ce   r eg is ter s   a n d   o n d esti n atio n )   ar s p ec if ied   in   t h i n s tr u ctio n .   I n   I - t y p i n s tr u ctio n s ,   o n s o u r ce   r eg is ter ,   1 6 - b it   i m m ed iate  o p er an d   ( s ig n   e x te n d ed   to   3 2 - b it)  ar u s ed .   T h J - t y p i n s tr u ctio n s   co n s is o f   6 - b it  o p co d an d     26 - b it  o p er an d .   T h d esti n ati o n   ad d r ess   is   ca lcu lated   u s in g   th 2 6 - b it  o p er an d   v alu e.   T ab le   1   s u m m ar izes     th in s tr u c tio n   f o r m at s   o f   D L p r o ce s s o r .       T ab le  1 .   I n s tr u ctio n   f o r m ats o f   DL R I SC   I n st r u c t i o n   Ty p e   B i t s   31 - 26   25 - 21   20 - 16   15 - 11   10 - 0   R - t y p e   0 x 0   R1   R2   Rd   U n u se d   I - t y p e   O p c o d e   R1   R2   I mm e d i a t e   J - t y p e   O p c o d e   V a l u e       3.   O VE RVI E O F   E M B E DD E P RO CE SS O T E S T I N G   T h d ig ital  cir cu it  te s ti n g   tech n iq u e s   ca n   b b r o ad ly   cla s s i f i ed   in to   ex ter n a test i n g   an d   s e lf - test in g .   T h co n v en tio n al  m et h o d   o f   m an u f ac tu r i n g   test   o f   d ig it al  cir cu its   is   ca r r ied   o u u s i n g   Au to m atic  T est   E q u ip m e n ( A T E )   h ar d w ar e.   T h q u alit y   te s p atter n s   ar g en er ated   u s i n g   test   p atter n   g en er atio n   al g o r ith m   an d   th eir   ex p ec ted   r esp o n s e s   a r s to r ed   in   A T E   m e m o r y .   T h h ar d w ar b ased   s elf - tes tin g   ( also   k n o w n   as  B u ilt  i n   Sel f - T est)  o f   p r o ce s s o r   f ac ilit ate s     th g e n er atio n   o f   test   p atter n s   u s in g   L F SR ,   ap p licatio n   o f   th test   p atter n s   to   t h p r o ce s s o r   u n d er   test   an d     th an al y s i s   o f   test   r esp o n s es  f o r   its   f u n c tio n al   co r r ec tn es s   w it h o u t h u s o f   a n y   ex ter n al  cir c u itr y .     T h p r o ce s s o r   u s es  th in ter n al  r eso u r ce s   o f   th p r o ce s s o r   s u c h   as  ex is ti n g   h ar d w ar e,   m e m o r y   a n d   o th er   test   s u p p o r h ar d w ar e.   T h m aj o r   is s u es  to   b d ea lt  ca r ef u ll y   w i th   t h B I ST   is   th Har d w ar o v er h ea d ,   test   d ata   g en er atio n   an d   te s ap p licatio n   ti m e,   p er f o r m a n ce   d eg r ad atio n   esp ec iall y   in   cr it ical  p ath s   in   ca s o f   h ig h   p er f o r m a n ce   d ev ice s ,   p o w er   c o n s u m p tio n   d u r in g   s el f - te s tin g .   T h s o f t w ar e - b ased   s el f - te s ti n g   ( SB ST )   [ 4 ] - [ 9 ]   p r o v id es  an   alter n ati v s o lu tio n   f o r   th ab o v e   d escr ib ed   li m itatio n s   o f   h ar d w ar b ased   s e lf - te s ti n g   m et h o d o lo g y .   I n   t h is   m et h o d o lo g y ,   g e n er atio n   a n d   ap p licatio n   o f   te s p atter n s   f o r   th p r o ce s s o r   u n d er   test   a n d   r esp o n s an al y s is   ar ca r r ie d   o u b y   esp ec iall y   w r itte n   s o f t w ar r o u ti n es  e x ec u ted   o n   th p r o ce s s o r   its e lf .   T h s elf - te s r o u ti n is   s t o r ed   in   in s tr u ctio n   m e m o r y   an d   t h d ata  n ee d ed   is   s to r ed   in   Da ta  m e m o r y   o f   th p r o ce s s o r .   A   s i m p lifie d   p r o ce s s o r   m o d el  f o r   s o f t w ar b ased   s el f - test i n g   is   s h o w n   i n   Fi g u r 3 .   T h SB ST   is   b ased   o n   I n s tr u ct io n   Set   A r ch itec tu r ( I S A )   a n d   th R eg i s ter   T r an s f er   L a n g u ag ( R T L )   d escr ip tio n   o f   th p r o ce s s o r   an d   th test   en g in ee r   n ee d   n o h av co m p lete  h a r d w ar an d   th d etails  o f   s tr u ct u r al  f a u lt  m o d el.   T h p r o ce s s o r   ex ec u tes  th te s p r o g r a m s   at  its   ac t u al  s p ee d   a n d   h en ce   SB ST   is   ca p ab le  o f   p r o v id in g   at - s p ee d   test   s o l u tio n s   u n li k to   h ar d w ar e - b ased   B I ST .   Ho w ev er   SB ST   is   ca p ab le  o f   p r o v id in g   at - s p ee d   s el f - tes s o lu tio n s   to   th p r o ce s s o r   f o r   f u n ctio n alit y   v er if icat io n   b o th   at  m an u f ac t u r in g   an d /o r   f ield   le v el,   it  ca n n o s u b s titu te   t h s tr u ct u r b ased   tes ap p r o ac h es  li k B I ST   an d   h e n ce   ca n   b u s ed   to   s u p p le m e n t t h s tr u ct u r al  b ased   test   ap p r o ac h es to   p r o v id m o r q u a lit y   test .   Mo s o f   th B I S T   ap p r o ac h es ( eith er   h ar d w ar o r   s o f t w ar b ased )   f o u n d   in   th liter at u r es  ar o f f - li n e   o r   n o n - co n c u r r en tes ap p r o a ch es.  I n   t h ese  ap p r o ac h es  eith er   th f u n ctio n alit y   o f   th p r o ce s s o r   is   s u s p en d ed   o r   th p r o ce s s o r   is   in   id le  m o d d u r in g   te s an d   te s i s   n o ca r r ied   o u co n c u r r en tl y   w i th   its   f u n ct io n al  o p er atio n .   I n   co n cu r r en o n li n Sel f - test   ap p r o ac h   wh ich   is   t h m ai n   co n tr ib u t io n   o f   th is   p ap er ,   b o th   th f u n ctio n a l o p er atio n   an d   test   o p er atio n   w ill b ca r r ied   o u t si m u lta n eo u s l y .             Fig u r e   3 .   P r o ce s s o r   m o d el  f o r   s o f t w ar e - b ased   s el f - test i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       B erg er  C o d B a s ed   C o n cu r r en t O n lin S elf - test in g   o f E mb e d d ed   P r o ce s s o r s   ( G.   P r a s a d   A ch a r ya )   77   4.   P RO P O SE O NL I NE   SE L F - T E S T AB L E   M E T H O DO L O G Y   T h m aj o r   co n tr ib u tio n   f o r   m al f u n ctio n in g   o f   d i g ital  cir cu its / s y s te m s   i n   t h f ield   ( w h ile  o n   o p er atio n )   is   d u to   t h te m p o r ar y   ( d y n a m ic)   f a u l ts   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   T h ese  f au lt s   m a y   b ca u s ed   b y   r ad iatio n   an d   o th er   h ar d   en v ir o n m en ta co n d itio n s .   T h s in g le  ev e n u p s et  ( SEU)   is   th r ad iatio n - in d u ce d   er r o r s   in   m icr o elec tr o n ic  cir c u its   t h at  m a y   ch a n g t h b eh a v io r   o f   d y n a m ic  c ir cu it s   as   w ell  a s   m e m o r y   d e v ices.     Sin ce   th e s f au l ts   ar n o n - r e cu r r en a n d   h ar d er   to   d etec d u r in g   tes u s i n g   o f f li n B I S T ,   o n lin s el f - test   m et h o d o lo g ies  ar ca p ab le  o f   d etec tin g   t h te m p o r ar y   f au l t s   an d   h e n ce   its   i m p o r tan ce   [ 3 ] ,   [ 12 ] .   T h is   p ap e r   p r esen ts   t h d esi g n   o f   B er g e r   co d e   b ased   t o tall y   s el f - ch e ck in g   c h ec k er s   ( T SC )   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ]   to   d etec b o th   p er m a n e n s t u c k - a f a u lt s   as   w el as  te m p o r ar y   f a u lt s   i n   t h D L R I SC   p r o ce s s o r .   Fig u r 4   s h o ws     th g e n er alize d   ar ch itect u r f o r   th p r o p o s ed   s elf - test ab le  p r o ce s s o r .           Fig u r 4 .   Si m p li f ied   ar ch itect u r o f   p r o p o s ed   s elf - te s tab le  D L p r o ce s s o r       4 . 1 .     T o t a lly   Self - Check i ng   Chec k er s   ( T SC)   Usi ng   B er g er   Co de   A   B er g er   co d e   f o r m s   u n id ir e ctio n al   er r o r   d etec tin g   co d e   wh er ch ec k   b it s   r ep r esen t s   t h n u m b er   o f   ze r o s   in   th in f o r m atio n   b it  s e q u en ce ,   I .   T h n u m b er   o f   ch e ck   b its   ( k )   f o r   th in f o r m at io n   s eq u en ce   o f   len g th   n   b its   i s   e v al u ated   u s in g   t h in eq u al it y k = l og 2 ( n + 1 ) .   T h co m b in ati o n al  cir cu it,  C 1   i n   Fi g u r 4   is   a   co m b i n atio n al  cir c u it  t h at   p r o d u ce s   t h co m p le m e n o f   t h ch ec k   b its   w h ich   is   th e n   f e d   to   2 - r ail  c h ec k er   alo n g   w it h   t h k - c h ec k   b its .   T h t w o   r ail - c h ec k er   p r o d u ce s   t w o   co m p le m e n tar y   o u tp u t s   f   an d   g   i n   n o   f a u lt   ca s o th er w is it p r o d u ce s   f   an d   g   id en tica l.     4 . 1 . 1 .   Co m bin a t io na l C ircu it ,   C1     A   B er g er   co d is   s aid   to   b m ax i m al  len g t h   B er g er   co d h as  if   n ( 2 k - 1 )   o th er w is it  is   n o n - m a x i m al   len g th   B er g er   co d e.   T h co m b in at io n al  cir c u it  C 1   in   Fi g u r 4   p r o d u ce s   a n   o u tp u w h ic h   is   th b i n ar y   eq u iv ale n o f   t h n u m b er   o f   1 s   in   th e   i n f o r m atio n   s eq u e n c e,   I .   I n   o r d er   to   co m p u te  th e   ch ec k   b its   f o r   n o n - m ax i m a len g t h   B er g er   co d e,   w d e f i n n u m b er   m =I 0   m o d   ( k +1 ) ,   w h er I 0   is   t h n u m b er   o f   0 s   i n     th s eq u e n ce   I .   T h B er g er   co d ch ec k   b its   is   t h b in ar y   eq u iv ale n t o f   m   an d   its   le n g t h   is   e q u al  to   [ lo g 2 ( k +1 ) ] .     4 . 1 . 2 .   T w o - r a il Chec k er   T h t w o - r ail  c h ec k er   as  s h o w n   in   Fig u r 5 ( a) ,   is   1 - o u t - of - 2   co d w h ic h   r ec eiv es  t w o   g r o u p s   o f   in p u t s   X= ( x   1 ,   x 2 ,   …x n )   an d   Y= ( y 1 ,   y 2 ,   y n )   f r o m   th f u n cti o n al  cir cu it  an d   p r o d u ce s   t w o   o u tp u ts   f   an d   g   th at   ar co m p le m e n to   ea c h   o t h e r .   A s   lo n g   as   y i =( x i ) |   is   s ati s f ied ,   th o u tp u ts   o f   t h t w o - r ail  ch ec k er   w ill   b   f =0   an d   g =1 .   T h to tall y   s el f - ch ec k i n g   t w o - r ail  ch ec k er   ca n   b ex ten d ed   f o r   an y   ar b itra r y   p air s   ( x i y i   a n d   x i+ 1 y i + 1 )   o f   in p u ts   a s   g i v e n   in   t h s tr u ctu r o f   Fig u r 5 ( b ) .     4 . 2 .     B er g er   c o de  predict io ns   f o AL o pera t io ns   An   A r it h m etic  a n d   L o g ical  U n it ( AL U)   i s   th e   h ea r t o f   an y   p r o ce s s o r   an d   p er f o r m s   v ar io u s   ar ith m eti c   an d   lo g ical  o p er atio n s .   T h is   s ec tio n   p r esen t s   th p r ed ictio n s   o f   B er g er   co d e   f o r   v ar io u s   AL o p er atio n s .   C o n s id er   t w o   n - b it  o p er an d s   b A = (a n ,   a n - 1 ,   ….   a 2 ,a 1 )   an d   B =( b n ,   b n - 1 ,   ….   b 2 ,b 1 ) .   L et  A c   a n d   B c   b th B er g er   co d o f   A   an d   B   r esp ec tiv el y .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 8   :   74     81   78           Fig u r 5   ( a) .   Self - c h ec k in g   2 - r ail  ch ec k er   Fig u r 5   ( b ) .   Self - ch ec k i n g   2 - r ail  ch ec k er   w i th   6   in p u t s       4 . 2 . 1 .   Addi t io n ( Y=A+ B + c in )   T h B er g er   c o d o f   th s u m   ( Y c )   is   co m p u ted   as  Y c =A c +B c - c in - C c +c out ,   w h er c in ,   c out   an d   C c   ar in p u t c ar r y ,   o u tp u t c ar r y   an d   B er g er   co d o f   in ter m ed iate  ca r r ies C =( c n , c n - 1 ,   ….   c 2 ,c 1 )   r esp ec tiv el y .       4 . 2 . 2 .   Su btr a ct io n   T h B er g er   c o d o f   th d if f er en ce   ( Y c )   is   co m p u ted   as  Y c =A c - B c +b in +B I c - b out ,   w h er b in ,   b out   an d   B I c   ar in   b o r r o w ,   o u tp u t b o r r o w   a n d   B er g er   co d o f   in ter m ed iat b o r r o w s   B I =( b i n ,   b i n - 1 ,   ….   b i 2 , b i 1 )   r esp ec tiv el y .       4 . 2 . 3 .   2 s   co m p le m ent   s ub t ra ct io n ( Y=A - B = A+B | + 1 )   T h B er g er   co d o f   th s u m   ( Y c )   is   co m p u ted   as  Y c =A c - B c - (c in ) | - N( C ) +c out ,   w h er c in ,   c out   an d   N( C )   ar in p u t c ar r y ,   o u tp u t c ar r y   an d   n u m b er   o f   1 s   in   t h i n ter m ed iate  ca r r ies C =( c n , c n - 1 ,   ….   c 2 ,c 1 )   r esp ec tiv el y .       4 . 2 . 4 .   Arr a y   M ultiplier  ( Y=A* B )   T h B e r g er   co d e   o f   th m u ltip lier   o u tp u t   (Y c )   is   co m p u ted   as  Y c =4 * A c - 4 * B c - A c *B c - N( C ) +1 2 ,   w h er e   ( ) = , 1 = 1 = 1   an d   C i, j   is   th ca r r y   g e n er ated   b y   t h f u ll  ad d er   in   th s ta g o f   i th   r o w   an d   j th   co lu m n   o f   m - b it b y   n - b it a r r a y   m u ltip l ier   as sh o w n   in   F ig u r 6   ( m =4   an d   n =4 ) .           Fig u r 6 .   4 x 4   b in ar y   ar r a y   m u l tip lier   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       B erg er  C o d B a s ed   C o n cu r r en t O n lin S elf - test in g   o f E mb e d d ed   P r o ce s s o r s   ( G.   P r a s a d   A ch a r ya )   79   4 . 2 . 5 .   L o g ica l - AND  ( Y=A.B )   T h B e r g er   co d o f   th L o g ical - A ND  o u tp u ( Y c )   is   co m p u t ed   as  Y c =A c +B c -   Z c   w h er Z c   r ep r esen t s   th B er g er   co d o f   ( A| B ) .     4 . 2 . 6 .   L o g ica l - O ( Y=A| B )   T h B er g er   c o d o f   th L o g ic al - O R   o u tp u ( Y c )   is   co m p u te d   as  Y c =A c +B c -   Z c   w h er Z c   r ep r esen ts   th B er g er   co d o f   ( A . B ) .   4 . 2 . 7 .   L o g ica l - I nv er t er   ( Y=A | )   T h B er g er   co d o f   th L o g ica l - I n v er ter   o u tp u t ( Y c )   is   co m p u ted   as Y c =n - A c .     4 . 2 . 8 .   L o g ica l - XO ( Y=A^ B )   T h B er g er   co d o f   th L o g ical - XO R   o u tp u ( Y c )   is   co m p u ted   as  Y c =A c +B c -   2 * Z c+ n   w h er Z c   r ep r esen ts   th B er g er   co d o f   ( A . B ) .       5.   E XP E R I M E NT A L   RE SUL T S AN D I SC USS I O NS     T h B er g er   c o d b ased   T o ta ll y   Sel f - ch ec k i n g   C h ec k er   ( T SC )   lo g ic  is   in co r p o r ated   f o r   v ar io u s   ar ith m etic  a n d   lo g ical  o p er atio n s   w i th i n   t h e   R T L   d escr ip tio n   o f   th D L R I S C   p r o ce s s o r   an d   s i m u lated   u s in g   Xilin x   V iv ad o   2 0 1 7 . 2 .   Fig u r e   7   d e m o n s tr ates  t h s i m u latio n   w a v e f o r m   o f   t h D L p r o ce s s o r .   T h 3 2 - b it   in s tr u ctio n   Data _ i n =0 x 0 4 0 3 1 0 4 0   is   d ec o d ed   as  o p co d e= 0 1   ( A DD  o p er atio n ) ,   [ R A ] = 0 x 0 1 ,   [ R B ] =0 x 0 2 .     T h r esu lt  o f   th A DD  o p er atio n   is   [ R D] =0 x 0 3 .   Si m i lar l y ,   Data _ in =0 x 0 C 0 6 2 9 0 0   is   d ec o d ed   as  o p co d e= 0 3   ( L o g ical - O R   o p er atio n ) ,   [ R A] =0 x 0 4 ,   [ R B ] =0 x 0 5 .   T h r esu lt  o f   t h L o g ical - O R   o p er a tio n   is   [ R D] =0 x 0 5 .   Fig u r 8   d e m o n s tr ates  t h ca p ab ilit y   o f   B er g er   co d b ased   T SC   to   d etec th p r esen ce   o f   f a u lt  d u r i n g   its   n o r m al  o p er atio n .   T w o   v er s io n s   o f   t h p r o ce s s o r   ( i)   s tan d ar d   DL R I SC   ar ch i tectu r an d   ( ii)  T SC   b ased   Self - test ab le   DL R I SC   P r o ce s s o r   ar i m p l e m en ted   in   7 - s er ies  Z y n q   FP G A   ( x c7 z0 2 0 clg 4 8 4 - 1 ) .   T h d esig n   is   s y n t h esized   u s i n g   Xilin x   Viv ad o   s y n t h esi s   to o an d   th s y n th e s ized   n et lis is   s h o w n   i n   Fi g u r 9 .   T h d ev ice  u tili za tio n   r ep o r ts   ar c o m p ar ed   f o r   b o th   t h d esi g n s   as g iv e n   i n   T ab le  2 .           Fig u r e   7 .   Si m u latio n   r esu l ts   o f   Self - tes tab le  DL R I S C   P r o c ess o r   ( Fau lt - f r ee   ca s e)           Fig u r e   8 .   Si m u latio n   r esu l ts   o f   Self - tes tab le  DL R I S C   P r o c ess o r   ( Fau lt y   ca s e)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 8   :   74     81   80       Fig u r e   9 .   S y n th e s ized   n et  li s o f   Sel f - te s tab le  D L R I S C   P r o ce s s o r       T ab le  2 .   C o m p ar is o n   o f   Dev ic u tili za tio n   s u m m er y     S t a n d a r d   D L X   R I S C   P r o c e sso r   T S C   b a se d   S e l f - t e st a b l e   D L X   R I S C   P r o c e sso r   L o g i c   R e so u r c e s   U t i l i z e d   A v a i l a b l e   o f   U t i l i z a t i o n   U t i l i z e d   A v a i l a b l e   o f   U t i l i z a t i o n   1 .   S l i c e   L o g i c   ( L U T s)   2 7 4   5 3 2 0 0   0 . 4 2   5 5 2   5 3 2 0 0   1 . 0 4   2 .   L U T   a L o g i c   2 2 6   5 3 2 0 0   0 . 4 2   5 0 4   5 3 2 0 0   0 . 9 5   3 .   L U T   a s me mo r y   48   1 7 4 0 0   0 . 2 8   48   1 7 4 0 0   0 . 2 8   4 .   S l i c e   R e g i st e r s a s F F s   1 5 5   1 0 6 4 0 0   0 . 1 5   1 5 7   1 0 6 4 0 0   0 . 1 5   5 .   D S P s   3   2 2 0   1 . 3 6   3   2 2 0   1 . 3 6   N o .   o f   B o n d e d   I O B s   58   2 0 0   29   59   2 9 9   2 9 . 5 0   T o t a l   p o w e r   c o n su m p t i o n   3 4 . 5 2 7   W   3 8 . 1 1 5   W       6.   CO NCLU SI O N   B er g er   co d e   p r o v id es  u n id ir ec tio n al  er r o r   d etec tin g   ca p ab ilit y   o f   d etec ti n g   s in g le  o r   m u l ti - b i t   er r o r s   in   g iv en   in f o r m at io n   s eq u e n ce .   B er g er   co d e   p r ed ictio n   f o r   th v ar io u s   ar it h m e tic  an d   lo g ical   o p er atio n s   h as  b ee n   s u m m ar i ze d   in   th is   p ap er .   T h B er g er   co d b ased   to tally   s el f - ch ec k in g   c h ec k er   ( T SC )   co m b i n ed   w it h   t w o - r ail  c h ec k er   p r o v id es  s o lu tio n   f o r   th e   d etec tio n   o f   te m p o r ar y   f a u lt s   w h ich   ar m a in l y   in d u ce d   b y   s in g le  ev e n u p s e ( SEU) .   T h w o r k   p r esen ted   in   th is   w o r k   h as  d e m o n s tr at ed   th co n cu r r en o n lin s el f - test i n g   ca p ab ilit y   o f   DL R I S C   p r o ce s s o r .   T h i m p le m en ta tio n   r es u lt s   o b tain ed   in   t h i s   w o r k   h a s   s h o w n   t h at  t h b u ilt - i n   s e lf - t esti n g   ca p ab ilit y   ca n   b in c o r p o r ate d   in   th p r o ce s s o r   d esig n   w it h   m ea g er   o v er h ea d   i n   t h h ar d w ar ( L U T s )   an d   m ar g i n al  i n cr ea s ed   p o w er   co n s u m p tio n .       RE F E R E NC E S   [1 ]   S h e k h a Bo rk a r,   M icr o a rc h it e c tu re   a n d   De sig n   Ch a ll e n g e fo Gig a sc a le  In te g ra ti o n ,   P ro c e e d i n g o f   th e   3 7 t h   a n n u a IE EE /A CM   In tern a ti o n a S y m p o siu m   o n   M icro a rc h it e c tu re ,   p . 3 - 3 ,   De c e m b e 0 4 - 0 8 ,   2 0 0 4 ,   P o rtl a n d ,   Ore g o n .   [2 ]   Cristi a n   C o n sta n ti n e sc u ,   T re n d a n d   C h a ll e n g e i n   V L S Circ u it   Re li a b il it y ,   IEE E   M icr o ,   v . 2 3   n . 4 ,   p . 1 4 - 1 9 ,   Ju ly   2 0 0 3 .   [3 ]   Ha la  El A a ra g ,   A   c o m p lete   d e sig n   o f   a   RIS p ro c e ss o f o p e d a g o g ica p u rp o se s,  J o u rn a o Co m p u t in g   S c ie n c e in   Co ll e g e s ,   V o lu m e   2 5   Iss u e   2 ,   De c e m b e 2 0 0 9   P a g e s 2 0 5 - 2 1 3 .   [4 ]   M ih a li P sa ra k is  a n d   Dim it ris  G i z o p o u lo s,   Ern e st o   S a n c h e z   a n d   M a tt e o   S o n z a   Re o rd a ,   M icro p ro c e ss o S o f tw a r e - Ba se d   S e lf - T e stin g ,   IEE De sig n   &   T e st o Co mp u ter s,  I EE E ,   2 0 1 0 ,   P g .   4 - 1 8 .   [5 ]   C. H. - P .   W e n ,   L . - C.   W a n g ,   a n d   K. - T .   Ch e n g ,   ‘‘S im u latio n - Ba se d   F u n c ti o n a T e st  G e n e ra ti o n   f o Em b e d d e d   P r o c e ss o rs,’’  IEE E   T ra n s.  Co m p u ter s ,   v o l.   5 5 ,   n o .   1 1 ,   2 0 0 6 ,   p p .   1 3 3 5 - 1 3 4 3 .   [6 ]   N.  Kra n it is  e t   a l. ,   S o f tw a re - B a se d   S e lf - T e stin g   o f   Em b e d d e d   P ro c e ss o rs,”  IEE T ra n s.   Co m p u ter s ,   v o l.   5 4 ,   n o .   4 ,   2 0 0 5 ,   p p .   4 6 1 - 4 7 5 .   [7 ]   D.  G izo p o u lo e a l. ,   ‘‘S y ste m a ti c   S o f twa re - Ba s e d   S e lf -   T e st  f o P i p e li n e d   P r o c e ss o rs,’’  IEE T ra n s.  Ver y   L a rg e   S c a le In teg ra ti o n   ( VL S I)  S y ste ms ,   v o l.   1 6 ,   n o .   1 1 ,   2 0 0 8 ,   p p .   1 4 4 1 - 1 4 5 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       B erg er  C o d B a s ed   C o n cu r r en t O n lin S elf - test in g   o f E mb e d d ed   P r o ce s s o r s   ( G.   P r a s a d   A ch a r ya )   81   [8 ]   K.  Ba tch e a n d   C.   P a p a c h risto u ,   In stru c ti o n   R a n d o miz a ti o n   S e lf - T e st  fo r   Pro c e ss o C o re s ,   P ro c .   1 7 th   IEE E   V L S I   T e st S y m p .   (V T S   9 9 ),   IEE C S   P re ss ,   1 9 9 9 ,   p p .   3 4 - 4 0 .   [9 ]   B y   Di m it ris  G izo p o u l o s,  A .   P a s c h a li s,  Ye rv a n Zo rian ,   Em b e d d e d   P ro c e ss o r - Ba se d   S e lf - T e st,  Kl u w e A c a d e m ic   P u b l ish e rs,  2 0 1 3 .   [1 0 ]   C.   Co n sta n ti n e sc u .   I n ter mitt e n t   f a u lt s   in   VL S I   c irc u it s .   I n   P ro c e e d in g o f   th e   IEE E   W o rk sh o p   o n   S il ico n   Err o rs  i n   L o g ic - S y ste m   Eff e c ts,  2 0 0 7 .   [1 1 ]   Do u g las   M .   Blo u g h ,   G re g o r y   F .   S u ll iv a n ,   G e ra ld   M .   M a ss o n ,   In te rm it ten F a u lt   Dia g n o sis  in   M u lt i p ro c e ss o r   S y st e m s,  IEE T ra n s a c ti o n s o n   C o mp u ter s ,   v . 4 1   n . 1 1 ,   p . 1 4 3 0 - 1 4 4 1 ,   No v e m b e 1 9 9 2     [1 2 ]   J ie m - Ch u n g   L o ,   S u c h a T h a n a wa stien ,   T .   R.   N.   Ra o ,   Co o n c u rr e n Err o C o rr e c ti o n   in   Arit h e me ti c   a n d   L o g ica l   o p e ra ti o n Us in g   Ber g e Co d e s ,   P r o c e e d in g o f   th e   9 th   S y m p o siu m   o n   Co m p u ter   A rit h m e ti c ,   S a n ta  M o n ica ,   CA ,   S e p tem b e 1 9 8 9 ,   p p .   2 3 3 - 2 4 0 .   [1 3 ]   P a ra g   K.  L a la F a u lt   t o lera n a n d   f a u lt   tes tab le h a rd w a re   d e sig n ,   P r e n ti c e - Ha ll   In tern a ti o n a l,   1 9 8 5 .   [1 4 ]   P a ra g   K.  L a la,  S e lf - c h e c k in g   a n d   F a u lt - to lera n Dig it a De sig n ,   M o rg a n   Ka u fm a n n ,   2 0 0 1 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS        G .   P ra sa d   A c h a r y a   re c e iv e d   th e   B.   T e c h   (ECE d e g re e   in   th e   y e a 2 0 0 4   f ro m   JN T   Un iv e rsit y ,   H y d e ra b a d ,   A .   P . ,   In d ia.  He   h a d   o b tai n e d   h is  M a ste rs  d e g re e   in   En g in e e rin g   (Dig it a sy st e m s)   f ro m   Os m a n ia  Un iv e rsit y ,   H y d e r a b a d .   He   is  c u rre n tl y   w o rk in g   to w a rd h is  P h d e g re e   in   th e   De p a rtme n o f   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   a JN T UH   Un iv e rsit y ,   H y d e ra b a d .   His  a re a   o re se a rc h   in tere sts  in c l u d e V L S De sig n   &   T e stin g   a n d   Em b e d d e d   sy ste m s.  He   h a 1 3   y e a r o f   tea c h in g   a n d   re se a rc h   e x p e rien c e   a n d   is  p re se n tl y   w o rk in g   a s   A s so c iate   P ro f e ss o in   th e   De p a rtme n o f   ECE   a S re e n i d h I n stit u te  o f   S c ien c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   H y d e r a b a d ,   In d ia.         Dr.  M .   A S HA   R AN d id   h e B. f ro m   O s m a n ia  Un iv e rsit y ,   H y d e ra b a d   d u ri n g   1 9 8 6 - 9 0 ,   c o m p lete d   h e M . T e c h   a n d   P h . f ro m   JN TU  H y d e ra b a d   in   1 9 9 7   a n d   2 0 0 8   re sp e c ti v e ly .   P re se n tl y   sh e   is  w o rk in g   a P ro f e ss o a n d   Ch a irm a n ,   Bo a rd   o f   S tu d ies   in   t h e   De p a rtm e n t.   o El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   En g in e e rin g ,   JN T UH   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   Hy d e ra b a d .   S h e   h a 2 7   y e a rs  o f   tea c h in g   a n d   re se a rc h   e x p e rien c e .   He re s e a rc h   in tere st  is  F a u lt   T o lera n S y ste m   De sig n ,   De sig n   f o Tes tab il it y ,   E m b e d d e d   S y ste m s De sig n ,   V L S De sig n .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.