胚胎阵列在容错系统中的应用

为了减少系统资源的占用量,对胚胎阵列的细胞结构进行改进。通过只在细胞中存储它们可能用到的信息来减少资源的占用率,以现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)为平台,验证了改进后胚胎阵列的可实现性,同时结果显示改进后的胚胎阵列在资源利用方面更具优势。

胚胎阵列容错系统中单细胞替换的实现

介绍了一种新型的容错系统———胚胎阵列,并对其细胞结构进行改进,在每个细胞内增加了一个switch单元.改进后的胚胎阵列采用单细胞替换法实现容错.当有细胞发生错误时,只需把出错细胞替换掉即可使系统再次正常运行,不需要涉及到其他正常工作的细胞,在一定程度上减少了资源浪费.

一种LUT型胚胎电子阵列的功能分化方法

针对LUT型胚胎电子阵列功能分化方法的不足,提出了一种新型的LUT型胚胎电子阵列功能分化方法,根据目标电路的功能描述,通过前端综合、逻辑优化、逻辑映射、打包等操作,将目标电路转换为电子细胞为基本节点的电路形式,通过物理映射、基因库生成,将电路映射到阵列上,确定阵列中每个细胞的功能、连接,最终生成目标电路的基因库并确定每个细胞的表达基因,完成胚胎电子阵列的功能分化.该方法无需对计算过程中每一代电路进行功能评估,运算量小,计算速度快,为基于LUT型胚胎电子阵列的自修复电路应用提供了设计方法.最后,使用一个算例阐述了功能分化过程,并通过多个电路验证了该方法的分化速度.

具有故障细胞的胚胎电子阵列上目标电路评估

移除-进化自修复通过进化自修复模式提高了目标电路的自修复能力,但在进化过程中,目标电路的评估尚缺少研究。在对胚胎电子阵列状态和目标电路形式数学描述的基础上,以马尔可夫不可修系统理论为指导,研究具有故障细胞的胚胎电子阵列上目标电路评估方法。研究了目标电路状态、状态转移率及工作状态概率自动计算方法,求解了目标电路可靠度及平均故障前时间,以此评估目标电路。仿真实验结果表明,该评估方法有效评估了进化过程中的目标电路形式,为移除-进化自修复中目标电路的优选提供了理论参考依据。

用于胚胎电子阵列的实验系统

胚胎电子阵列是新兴的研究方向,基于胚胎电子阵列实现的电路具有与生物类似的自修复、自组织等能力。当前研究多限于软件仿真,缺少相应的实验系统。设计了实验系统体系框架和电子细胞模拟模块结构并进行了实现,多块细胞模拟模块组成胚胎电子阵列,与外围的信号发生器、逻辑分析仪等仪器连接,构成胚胎电子阵列的实验系统。基于该实验系统进行了某胚胎电子阵列上目标电路的实现,实验表明,实验系统能够验证胚胎电子阵列功能,并能够监测阵列中关键信号,为研究阵列结构及自修复机制提供了硬件实验条件,具有很大的实际意义。

基于双模冗余的胚胎电子细胞阵列在线故障检测

针对胚胎电子细胞阵列在线故障检测设计困难、检测率低、检测率难以准确计算等问题,提出了一种基于双模冗余的在线故障检测方法和一种基于电路等价性验证的故障检测率分析方法。设计了一种适用于查找表型功能单元的新型检测器,并开发了自动化设计程序。针对单固定型故障,将电路转变为待验证电路,再通过故障注入和等价性验证,可以快速精确地计算电路的故障检测率。仿真实验选取16个不同规模的标准电路,分别映射在胚胎电子细胞阵列中,分析了双模冗余后面积、延时变化情况和双模冗余的故障检测率。仿真结果给出了较为详细的面积消耗、电路延时和故障检测率等数据,并验证了本文方法具有很高的故障检测率。

基于功能重分化的LUT型胚胎电子阵列进化自修复

胚胎电子阵列的进化自修复是在胚胎电子阵列的行/列移除基础上提出的一种新型自修复方法。利用演化硬件理论进行进化自修复计算时,求解空间大,且需要对所有个体进行电路功能评估,计算量巨大.提出了一种基于功能重分化的进化自修复方法,以电子细胞组成的电路网表为基础,在具有故障电子细胞的胚胎电子阵列上通过物理重映射,搜索对当前阵列具有更大适应能力的目标电路形式,完成进化自修复.详细分析了故障电子细胞对阵列结构的影响,对物理重映射进行了数学建模,并建立了进化自修复流程.该方法无需进行电路功能评估,降低了运算量,为进化自修复的快速实现打下了基础.最后,通过一个实验电路的仿真,对所提方法进行了验证.

胚胎电子阵列建模研究

为了开发适用于仿生自修复的电子设计自动化工具,本文借鉴可编程逻辑器件建模的方法,对胚胎电子阵列进行了建模.通过对构成胚胎电子阵列的胚胎电子细胞及细胞间连接关系的建模,形成了胚胎电子阵列的描述文件,为仿生自修复电子设计自动化工具的开发及应用奠定了基础.

基于多态系统的总线胚胎电子阵列可靠性分析

通过分析总线胚胎电子阵列(BBEEA)的结构特点和工作原理,将多态系统理论引入到阵列的可靠性分析中,采用通用生成函数(UGF)方法建立了阵列的可靠性分析模型。与基于n/k系统的阵列可靠性分析模型进行对比,验证了基于多态系统阵列可靠性分析模型的正确性和有效性。利用建立的阵列可靠性分析模型对总线胚胎电子阵列的可靠性进行分析,根据阵列的可靠性要求指导阵列的结构设计。同时,对比不同规模总线胚胎电子阵列与典型胚胎电子阵列(EEA)的可靠性,分析总线胚胎电子阵列的性能。分析结果表明:建立的阵列可靠性分析模型能够准确有效地分析阵列的可靠性,将阵列的可靠性分析与工作状态相结合,对阵列的结构设计和预防性维修决策具有重要的指导意义。

胚胎电子阵列连线容错自修复策略

现有胚胎电子阵列自修复策略很少研究连线故障的容错,为此分析连线故障对阵列可靠性的影响,提出了一种可对细胞故障和连线故障都能容错的混合移除策略。基于该策略建立了电子细胞结构。仿真实验以四位二进制乘法器为例,设计一个7×6的胚胎电子阵列,验证混合移除策略能够对细胞故障容错和连线故障容错的有效性。从硬件资源和可靠性两个方面与列移除策略、细胞移除策略等典型自修复策略进行对比,结果表明:混合移除策略的连线容错组件消耗的硬件资源很少,该策略的硬件资源在可接受范围内;对于规模较大、连线数量较多且连线不完全可靠的胚胎电子阵列,混合移除策略的可靠性明显优于列移除策略和细胞移除策略的可靠性。

一种簇结构的胚胎电子细胞阵列

针对胚胎电子细胞阵列中存在的故障自修复能力有限、资源利用率低、硬件资源消耗大等问题,设计了一种由簇内开关盒、簇内电子细胞和控制单元构成的电子细胞簇结构。基于这种结构提出了一种簇内基因移位的故障自修复方法。仿真实验以累计加法器为例,对电子细胞簇的功能进行了验证,并对电子细胞簇的硬件资源消耗和基于簇结构的电子细胞阵列可靠性进行了分析。仿真和分析结果表明,基于基因移位的故障自修复方法在修复故障的同时可有效保存时序电路的中间状态,而且随着阵列规模的增大,基于簇的电子细胞阵列平均失效前时间更长,硬件资源消耗更低。

一种新的胚胎电子细胞阵列测试结构

针对胚胎电子细胞阵列中测试结构与故障检测和定位方法受电子细胞和阵列结构限制较大,故障检测和定位能力有限,硬件消耗大等问题,提出一种由可配置边界扫描结构和可配置内部扫描结构组成的新的测试结构。基于这种测试结构,提出了寄存器传输级故障检测和细胞级故障定位相结合的故障检测和定位方法。仿真实验以s27电路为例,详细介绍了故障检测和定位的具体过程并对测试结构的硬件消耗进行了分析。仿真和分析结果表明,本文方法可有效检测并在细胞级定位故障,而且随着阵列规模增大,测试结构的硬件消耗所占比例明显下降,适用于大规模胚胎电子细胞阵列。

胚胎电子细胞中基因备份数目优选方法

分析现有胚胎电子细胞基因存储结构的基础上,考虑基因备份数目对自修复过程的影响,建立了可靠性模型;并根据存储结构的具体实现方式,建立了硬件消耗模型。以可靠性模型和硬件消耗模型为基础,通过分析可靠性、硬件消耗与基因备份数目间的关系,提出了一种基因备份数目优选方法。该方法根据目标电路的可靠性、硬件消耗设计要求,选择兼顾系统可靠性、硬件消耗的基因存储方式、基因备份数目及胚胎电子阵列规模,具有工程应用价值。通过某电路的基因备份数目的选择,对该方法进行了验证。

胚胎电子细胞的部分基因循环存储结构

为了在保证胚胎电子系统可靠性的前提下降低系统的硬件消耗,提出一种新型的基因存储结构——部分基因循环存储,细胞只存储阵列的部分基因,通过细胞内、细胞间的基因循环、非循环移位实现阵列的功能分化和自修复,自修复过程中基因存储内容根据故障细胞数目进行自主更新。该存储结构中基因备份数目可由设计者根据系统可靠性和硬件消耗要求设置,不受阵列中空闲资源数目的限制。理论分析和仿真实验表明,该新型存储结构不仅实现了胚胎电子阵列的功能分化、自修复等功能,而且能够在保证系统可靠性的同时降低硬件消耗,具有较高的工程应用价值。

胚胎型仿生自修复系统硬件消耗分析

胚胎型仿生自修复系统具有实时自修复能力,可用于高可靠性电子系统的设计。在设计过程中,其硬件消耗是工程师十分关心的问题。在分析胚胎型仿生自修复系统结构基础上,根据自修复过程特征,建立了其系统硬件消耗模型。并以三模冗余自修复系统为对比,对胚胎型仿生自修复系统的硬件消耗进行了仿真分析。分析表明,胚胎型仿生自修复系统在大规模、高自修复能力的电路设计中具有优越性,且通过电子细胞辅助电路的优化设计,可以降低自修复过程中的硬件消耗。

基于多路选择器的胚胎电子系统的设计与实现

胚胎电子系统的多细胞结构和工作机制产生于多细胞生物启发的灵感,是一种具有在线自诊断、自修复能力的细胞阵列。文章介绍了胚胎电子阵列的结构和基本原理,给出了细胞电路的设计方案,提出了一种胚胎电子阵列重构时保持电路状态的工作机制。以序列信号发生器为例,给出了基于胚胎电子阵列的应用系统设计方法,通过数字仿真验证了方案的可行性与正确性。

基于胚胎细胞阵列可容错系统的FPGA验证

介绍了基于胚胎细胞阵列的容错系统.对其整体架构、“细胞”内部结构以及容错机制做了详细阐述.在FPGA平台上用一个一位全加器的实例,验证了系统的可实现性.

一种新型的仿生电子细胞基因存储结构

基因存储是电子细胞的重要组成部分,已有的基因存储无法兼顾系统的可靠性和硬件消耗.设计了一种新型的基因存储结构,细胞采用相关冗余方式存储系统的部分基因.通过基因更新过程,基于相邻细胞的基因信息恢复故障细胞损失的基因.细胞内存储基因数目与阵列和目标电路规模无关,可由设计者根据系统需求设置.理论分析和仿真实验表明,该基因存储不仅实现了阵列功能分化和自修复,而且可在保持系统可靠性的前提下,降低基因存储的硬件消耗,可用于大规模仿生自修复芯片的设计.

胚胎电子细胞阵列中空闲细胞的配置

空闲细胞是胚胎电子细胞阵列(EECA)实现自修复的前提,空闲细胞越多,系统的可靠性越高,但过多的空闲细胞也将带来巨大的硬件资源消耗。在航空航天等领域,电子系统追求高可靠性的同时,硬件资源消耗也必须考虑,为优化胚胎电子细胞阵列中空闲细胞的配置,以阵列可靠性和硬件资源消耗为出发点,将多态系统理论引入到阵列的可靠性分析中,优化可靠性计算模型。针对经典胚胎电子细胞阵列,在不同自修复策略下,仿真并分析阵列的可靠性、硬件资源消耗与空闲细胞配置的关系。根据研究结果制定了不同自修复方式下空闲细胞的配置方法,同时兼顾可靠性和硬件资源消耗的要求。同时,研究了确定规模的胚胎电子细胞阵列自修复方式的选择方法。本文研究成果对推动胚胎电子细胞阵列的实际应用具有重要的意义。