第1004章 算法模块切换机制设计（1 / 2）

卷首语

1964 年 11 月，19 组算法模块划分定稿后，研发团队面临新的技术瓶颈：19 组模块虽功能独立、边界清晰，但加密流程需按 “输入 - 分组 - 矩阵 - 密钥 - 输出” 顺序连续执行，若模块间切换存在延迟、数据丢失或冲突，将导致整体加密中断。此时，设计适配磁芯存储器的模块切换机制，成为连接 “独立模块” 与 “连续流程” 的关键。这场为期 1 个月的设计工作，通过流程触发、双缓存续传、异常降级等技术，实现了模块切换时加密流程的 “零中断、零丢失”，为后续代码固化后算法的顺畅运行筑牢了衔接根基，也成为早期模块化算法 “流程协同” 的典型设计范式。

一、切换机制设计的背景与核心目标

模块划分完成后，李工团队在模拟测试中发现：19 组模块需通过磁芯存储器数据区（0x4 地址”）、状态寄存器定义（如 “0x8），现存于研发团队档案库，包含核心逻辑图、状态寄存器定义表、双缓存地址规划，共 22 页，由郑工、马工共同绘制，是核心逻辑设计的直接凭证。

档案中 “核心逻辑图” 采用时序图绘制：横轴为时间（单位 μs），纵轴为模块状态（空闲 \/ 运行 \/ 完成），标注 “分组模块在 0.7μs 时输出完成信号→切换控制单元在 0.75μs 时触发矩阵模块→矩阵模块在 0.75μs-1.45μs 运行→1.45μs 输出完成信号”，切换延迟仅 0.05μs，满足≤0.1μs 的目标。

状态寄存器定义表详细记录：“0x8：输入处理类状态（0 = 空闲，1 = 运行，2 = 完成）；0x8005：矩阵运算类状态（0 = 空闲，1 = 运行，2 = 完成，3 = 故障）；0x8010：密钥管理类数据地址（存储当前密钥数据的起始地址，如 0x5 的第 2 位（完成标志），切换控制单元检测到该标志后，立即触发 “明文长度统计模块”（输入 - 02）启动，读取校验后的明文数据，触发延迟≤0.05μs。

时序触发机制：适用于需定时同步的节点（如 “密钥同步模块→其他节点”），切换控制单元按固定周期（如 1μs）触发模块交互 —— 例如密钥同步模块每 1μs 向状态寄存器写入最新密钥种子地址，其他模块按周期读取该地址，确保多节点密钥同步，时序误差≤0.02μs。

优先级设计：针对多模块同时请求切换的场景（如 “异常处理模块” 与 “矩阵模块” 同时发信号），按 “流程关键度” 划分优先级：核心流程模块（如矩阵、密钥）优先级为 1 级（最高），辅助模块（如日志记录）为 3 级，异常处理模块为 2 级 —— 例如异常信号与日志请求同时触发时，优先处理异常切换，确保核心流程不中断。

12 月 2 日，团队完成《切换触发与优先级设计报告》，包含触发方式定义、优先级表、冲突处理流程，通过模拟测试验证：100 次多模块并发请求中，优先级判断准确率 100%，无核心流程延迟，触发机制稳定可靠。

五、数据连续性保障的双缓存与校验设计

马工团队聚焦数据连续性，细化双缓存方案与数据校验机制，确保切换时数据无丢失、无错误，两大措施形成 “续传 + 校验” 的双重保障。

双缓存读写时序设计：采用 “乒乓读写” 模式，前一模块（如分组）写完 A 区后，向控制单元发送 “A 区就绪” 信号，控制单元触发后一模块（如矩阵）读 A 区；同时分组模块开始写 b 区，b 区写完后发 “b 区就绪” 信号，矩阵读完 A 区后立即读 b 区，实现 “写 - 读 - 写” 无缝衔接，数据等待时间 = 0。

数据长度与格式校验：每个模块写缓存区时，在数据末尾附加 “校验头”（2 字节，包含数据长度、校验和），后一模块读取时先校验：若长度与预期一致（如 37 字节分组）且校验和正确（如字节和模 256 等于校验头记录值），则正常处理；若校验失败，立即请求前一模块重发，重发成功率≥99.9%，避免错误数据进入下一模块。

缓存区满溢处理：当模块写数据速度超过后一模块读取速度（如矩阵模块运算快，密钥模块处理慢），控制单元检测到缓存区满（如 b 区写满且 A 区未读完）时，暂停前一模块写操作，发送 “等待信号”，待 A 区读完后恢复写操作，避免数据溢出丢失，满溢处理响应时间≤0.03μs。

12 月 5 日，团队开展双缓存续传测试：用 1000 字符明文（28 组）测试 “分组→矩阵→密钥” 全流程，双缓存并行读写无等待，数据校验成功率 100%，无满溢情况，数据连续性完全达标，形成《数据连续性测试报告》。

六、历史补充与证据：数据连续性测试档案

1964 年 12 月的《“73 式” 模块切换数据连续性测试档案》（档案号：Sq-1964-002），现存于军事通信技术档案馆，包含测试方案、原始数据、波形图，共 36 页，由马工、郑工共同记录，是数据保障设计的核心证据。

档案中 “测试方案” 明确：测试数据为 1000 字符军事指令明文（AScII 码，分 28 组 37 字节向量），测试节点为 “分组→矩阵”“矩阵→密钥”“密钥→输出”，监测指标为切换延迟、数据丢失率、校验失败率，测试环境为磁芯存储器模拟环境（地址 0x4000-0x807F）。

原始数据页（12 月 5 日）记录：“第 1 组分组数据（0x41-0x6F，对应 AScII 码 A-o 等）写入 A 区 0x4000-0x4024，耗时 0.08μs；矩阵模块 0.05μs 后开始读取，耗时 0.7μs；同时分组模块写入第 2 组数据至 b 区 0x4025-0x4049，耗时 0.08μs；矩阵读完 A 区后立即读 b 区，无等待，切换延迟 0.05μs \/ 次”，时序数据精准。

数据校验记录显示：“28 组数据均附加 2 字节校验头，如第 5 组校验头为 0x25（长度 37）、0x8c（校验和），矩阵模块读取后计算校验和为 0x8c，与校验头一致，校验成功率 100%；模拟 10 次校验错误（手动修改 1 字节），模块均成功请求重发，重发后校验通过，重发成功率 100%”，校验机制有效。

波形图页附示波器记录：“分组模块写 A 区的信号波形（地址 0x4000-0x4024，数据有效电平高）与矩阵模块读 A 区的波形（读使能信号高）无重叠，并行读写时序正确；无满溢时缓存区状态波形（A\/b 区就绪信号交替高），验证乒乓读写模式可行。

七、异常切换处理与降级机制

团队预判模块故障（如矩阵模块运算溢出、密钥模块求解失败）可能导致切换中断，设计 “异常检测 - 故障定位 - 降级切换” 的三级处理机制，确保流程不中断。