容错可重构阵列与应用分析-(5790)

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要近年来，伴随着集成电路设计与制造的技术的飞速发展，芯片的特征尺寸急剧减小，单位面积内所能容纳的晶体管数量也迅速增多，但同时这也使得电路系统在工作过程中发生故障的概率有所升高，尤其在深空探测、航空航天及国防军事等应用领域的关键系统中，恶劣复杂的物理环境要求电路系统必须拥有一定的容错能力。可重构硬件由于功能灵活多变的特点，已经得到了越来越广泛的应用，设计能够自主容错的可重构硬件具有重要的实用价值和研究意义。本文设计了一种可重构阵列，对其容错方法进行了研究，所做的主要研究工作如下：（1）设计了一种具有容错能力的粗粒度可重构阵列，它以片上网络路由器为互连单元，

2、从而提高了单元互连的灵活性；以一种精简指令集处理器为计算单元，它包含算术逻辑运算单元及乘累加运算单元两个计算内核，具有较强的运算能力，适用于数字信号处理等乘累加运算较为密集的应用领域。容错可重构阵列可分为传输层与细胞层两个主要部分，其中片上网络构成传输层，处理单元组成细胞层。（2）在传输层中，对于端口之间的互连线，采用三模冗余、扩展海明码和检错重传机制这三种容错方法应对瞬态故障。其中三模冗余主要用于实现对数据流控制和链路状态信号的加固；扩展海明码能够对端口之间所传数据中的单个数据位故障进行纠正，对两位数据故障进行报错；检错重传机制则用于实现对双数据位故障的纠正，以降低数据传输的误码率

3、。针对永久故障，采用自适应路由和连线内建自测试与自修复的方法进行解决。在细胞层中，对于单元失效的问题，模仿生物体胚胎细胞的分化机制，在系统初始化阶段，通过给每个细胞分配不同的配置信息，将阵列分化为不同的形式，使用正常空闲细胞代替失效细胞完成相应的运算，从而保证系统仍然可以实现原有的运算功能。（3）将一个19阶的音频FIR带通滤波器映射到所设计的3×3容错可重构阵列上，对其基本运算功能和容错机制的可行性及有效性进行了验证。关键词：可重构阵列，容错，片上网络，自适应路由，内建自测试与自修复，细胞分化，FIR带通滤波器I容错可重构阵列及应用研究ABSTRACTInrecentyears,a

4、longwiththerapiddevelopmentoftheintegratedcircuitdesignandmanufacturingtechnology,thefeaturesizeofthechipdecreasessharply,sothenumberoftransistorsperunitareacanaccommodaterapidlyincreasing,however,atthesametime,italsomakesthefailureprobabilityoftheelectronicsystemsincreaseduringtheirworkingproc

5、ess,especiallyinthecriticalsystemsofthedeepspaceexploration,aeronauticsandastronautics,defenseandmilitary,etal.applicationdomains,thepoorandcomplexphysicalenvironmentrequiresthecircuitsystemsmusthaveadegreeoffault-tolerantcapability.Reconfigurablehardwarehasbeenusedwidelyasitsflexiblefunction.I

6、thasimportantpracticalvalueandresearchsignificancetodesignakindofreconfigurablehardwarewhichcouldtolerantfaultsindependently.Akindofreconfigurablearrayisdesigned,andthefaulttolerantmethodsofthearrayhadbeenstudiedinthispaper,themainresearchworkisasfollows:(1)Akindofcoarse-grainedreconfigurablear

7、raywithfault-tolerantcapabilitywhichadoptsnetwork-on-chiprouterasitsinterconnectionunittoimprovetheflexibilityofthemoduleconnection,andasortofRISCCPUasitscomputingunitisdesigned.Thecomputingunitcontainsarithmeticlogicunitandmultip