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三维可重构阵列自主容错方法研究

作　者: 王敏
导　师: 王友仁
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 三维可重构阵列自主容错自诊断互连资源三维开关块
分类号: TP302.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着集成电路技术的飞速发展，数字电子系统的集成度大幅提高，在生命周期内发生故障的概率也随之增加。可重构硬件具有功能灵活、开发周期短等优点，已广泛应用于航空航天等领域的关键电子系统中，由于工作环境恶劣且人工难以维护，对可重构硬件的可靠性要求更高。因此，以提高可靠性为目标的可重构硬件容错设计具有重要意义。可重构硬件的自主容错是指在不需要外部控制器进行控制的情况下，实现故障自主修复。目前二维可重构硬件的自主容错方法中，重布线机制不易实现，特别是在一些大规模系统中，布线拥塞和延迟现象严重，导致容错时间开销大，容错能力不高。三维阵列结构可显著减少布线长度，提高布线过程布通率和布线机制灵活性，给可重构硬件的容错方法设计提供了新思路。本文利用三维阵列结构在布线灵活性方面的优势，对三维可重构阵列的自主容错方法进行研究，论文的主要研究工作如下：（1）设计了一种三维结构的可重构阵列，可有效改善二维可重构硬件重布线机制不灵活，容错控制复杂度随阵列规模增大而增加，难以大规模实现等问题，并且在此结构上对功能细胞和三维开关块进行了容错设计，使可重构阵列具有自主容错能力。三维开关块用于实现功能细胞在六个方向上的信息传递，提高了布线机制灵活性的同时，还具有在线自测试与自修复能力；功能细胞内部设有容错控制模块，可实现细胞的在线自主容错，减少容错控制复杂度。（2）对可重构硬件的自主容错方法进行了研究，采用在线分布式输入测试向量的方法，能够对故障进行精确定位，测试速度快且测试机制实现简单；容错过程中，采用分层修复方法，根据诊断结果执行相应修复机制，对细胞内底层冗余资源和可重构阵列空闲互连资源进行合理利用，充分提高资源利用率和容错速率。（3）本文最后以四位并行乘法器和四位加法/减法器为例，在三维可重构阵列上实现功能映射，对其进行仿真和下板测试，验证了可重构阵列的逻辑功能与自主容错能力，并且在容错能力、硬件资源开销和容错时间开销三方面与其他典型可重构硬件容错技术进行了分析对比，说明本文提出的三维可重构阵列自主容错方法具有容错能力高，硬件资源开销小和容错速度快等优势。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-13
第一章绪论  13-21
  1.1 课题的研究背景与意义  13
  1.2 可重构硬件容错技术研究现状  13-19
    1.2.1 可重构硬件故障模型  13-14
    1.2.2 可重构硬件容错技术分析  14-19
  1.3 本文的主要研究工作与内容组织  19-21
第二章具有在线自主容错能力的三维可重构阵列结构设计  21-37
  2.1 引言  21
  2.2 三维可重构阵列体系结构  21-22
  2.3 三维容错开关块结构  22-26
    2.3.1 三维基本开关块结构  22-23
    2.3.2 三维容错开关块结构  23-26
  2.4 功能细胞结构  26-34
    2.4.1 可配置逻辑模块  26-28
    2.4.2 信息配置模块  28
    2.4.3 测试模块  28-29
    2.4.4 容错控制模块  29-34
  2.5 线网控制器  34-35
  2.6 本章小结  35-37
第三章三维结构可重构阵列在线自诊断与自修复方法研究  37-47
  3.1 引言  37-38
  3.2 三维可重构阵列功能细胞在线自诊断与自修复方法  38-44
    3.2.1 功能细胞在线自诊断方法  38-40
    3.2.2 功能细胞在线自修复方法  40-44
  3.3 三维可重构阵列互连资源在线自诊断与自修复方法  44-46
    3.3.1 互连资源在线自诊断方法  44
    3.3.2 互连资源在线自修复方法  44-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章应用实例与实验结果分析  47-67
  4.1 实验平台与设计流程  47-48
    4.1.1 实验平台介绍  47-48
    4.1.2 实验设计开发流程  48
  4.2 应用实例设计及实验结果分析  48-61
    4.2.1 四位并行乘法器  48-55
    4.2.2 四位加法/减法器  55-61
  4.3 容错性能分析  61-66
    4.3.1 容错能力分析  61-63
    4.3.2 硬件资源开销分析  63-64
    4.3.3 容错时间开销分析  64-66
  4.4 本章小结  66-67
第五章总结与展望  67-69
  5.1 研究工作总结  67
  5.2 后续研究建议  67-69
参考文献  69-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75

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