基于双模冗余的胚胎电子细胞阵列在线故障检测

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1、2017年6月第43卷第6期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJune2017Vol_43No．6http：ffbhxb．buaa．edu．enjbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001·5965．2016．0745基于双模冗余的胚胎电子细胞阵列在线故障检测李丹阳，蔡金燕，孟亚峰4，朱赛(军械工程学院电子与光学工程系，石家庄050003)摘要：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

2、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。关键词：胚胎电子细胞阵列；在线故障检测；双模冗余；自动化设计；等价性验证中图分类号：TP302．8文献标识码：A文章编号：10

3、01—5965(2017)06—1112-11胚胎电子细胞阵列是一种新型的具有故障自检测和自修复能力的高可靠性硬件。在环境恶劣，人工维修难以开展以及对任务要求严苛，需要电子设备长时间连续可靠运行的领域，如深海、深空、强辐射等领域，具有广阔的应用前景。自胚胎电子细胞阵列的概念提出以来，阵列内故障的实时在线检测问题一直是一个亟待解决的关键性问题。国内外众多学者针对这个问题开展了大量的研究，总结目前已有的故障检测方法，主要的设计思路可分为4类：1)第1类设计思路是细胞内或细胞间特定模块的局部检测。比如针对功能模块的双模冗余(DualModularRedundancy，DMR)检测¨。

4、。，针对存储模块的故障检测¨’51，针对细胞问连线的冗余检测。61，或者单个电子细胞的双模冗余检测‘7。等。采用这类局部检测方法可以有效检测细胞内部及细胞间的各类资源故障，但是细胞结构需要根据具体的检测目标进行特定的设计，因此检测能力受到电子细胞结构的影响，而且细胞中的故障检测单元往往较少考虑自身的自检问题。2)第2类设计思路是采用外部检测资源对胚胎电子细胞阵列的输入输出进行实时检测。比如文献[8]等。这种方法对外部检测资源的要求很高，当电路规模很小时，比较有效，但随着电路规模增大，尤其当胚胎电子细胞阵列实现时序逻辑电路功能时，输入输出序列千变万化。如果完全记录这些状态，需要消

5、耗很大的存储资源，如果采用免疫学习、神经网络等方法，则需要很长的学习时间。因此这种方法受到胚胎电子细胞阵列规模的限制，而且过分依靠外部资源，对胚胎电子细胞阵列本身的空闲资源利用不足。3)第3类设计思路是在阵列内设计在线BIST(Built—InSelf-Test)结构‘9‘1“。比较有代表性的有原核电子细胞阵列结构‘11。”1和充分利用电收稿日期：2016_09．19；录用日期：2016．12-23；网络出版时间：2017m1—1114：14网络出版地址：WWWcnki．net／kems／detail／11．2625．V．20170111．1414．001．html基金项目：国

6、家自然科学基金(61372039，61601495){通讯作者：E-mail：myfrad@163．com引用格式：李丹田，蔡金燕，孟亚峰，等．基于双模冗余的胚胎电子细胞阵列在线故障检测fJj．北京航空航天大学学报，2017，43(6)：1112一J122．LIDY，CAIJY，MENGYF，eta1．Onlinefaultdetectionbasedondualmodularredundancyforembryonicsarray口J．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43f6)：JJj2-

7、J122(inChinese)．第6期李丹阳，等：基于双模冗余的胚胎电子细胞阵列在线故障检测Il13子细胞阵列可重构特性的RovingSTARs¨孔方法。基于原核电子细胞结构的原核电子细胞阵列采用链式的数据总线结构，具有很强的故障检测能力，但是检测能力受原核电子细胞结构、细胞连接资源结构以及周围细胞结构限制，通用性不强。以RovingSTARs为代表的另一种在线BIST方法，通过不断地循环配置，将电子阵列中一定区域的电子细胞配置成为由测试图形产生器(TestPatternGenerator，