胚胎电子细胞阵列中空闲细胞的配置.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaApr252017Vol38No.4SSN1000—6893ON11.1929/Vhttp:Hhkxbbuaa.educnhkxb@buaaedu.ca胚胎电子细胞阵列中空闲细胞的配置王涛,蔡金燕*,孟亚峰,刘晓攀,潘刚军械工程学院电子与光学工程系,石家庄050003摘要: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

2、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。关键词:胚胎电子细胞阵列(EECA);可靠性;硬件资源消耗;自修复策略;空闲细胞;多态系统理论中图分类号:V243.1;TP302.

3、7文献标识码:A文章编号:1000—6893(2017)04—320266—16随着信息技术的发展,现代电子系统不断向着集成化、复杂化和智能化的方向发展,这就要求电子系统具有更高的可靠性。传统电路容错的设计主要是基于模块冗余的方式,这种容错设计方式实现较为简单,但存在备份模块有限、硬件资源消耗大、环境适应性差等问题[1]。为了提高电路的可靠性和适应能力,减少资源消耗,瑞士联邦工学院于1992年提出了仿生硬件的概念,将生物的自适应、自组织和自修复等功能引入到电路设计中,使电路具有类似的仿生功能。目前,关于仿生硬件的研究主要有演化硬件和胚胎电子细胞阵列(Embryo

4、nicsElectronicsCellArray,EECA)两种。胚胎电子细胞阵列是一种基于多细胞组织生长和发育过程而设计的具有生物自适应、自检测和自修复能力的仿生硬件结构[2]。胚胎电子细胞阵列的工作过程是:电路功能分化映射到每一个胚胎电子细胞,所有的胚胎电子细胞共同工作,整个阵列实现功能电路的功能,当阵列中出现故障时,细胞中的故障检测模块就会检测到故障信号,然后通过控制模块启动自修复功能,将出现的故障修复,自修复的本质就是空闲细胞代替故障细胞实现其功能,从而保证阵列正常工作[3]。胚胎型仿生硬件的概念一经提出就受到了国内外学者的广泛关注,目前在理论和应用方面

5、都取得了一定的研究成果。文献[4]介绍了胚胎电子细胞阵列的二维阵列结构,提出了胚胎电子细胞阵列的经典结构设计,并对提出的胚胎电子细胞阵列结构进行了验证;文献Es]N用多路选择器结构实现了胚胎电子细胞阵列结构,为胚胎电子细胞阵列的实现提供了新的结构参考;文献I-6]利用查找表(Look-UpTable,LUT)作为功能单元实现了胚胎电子细胞阵列,简化了胚胎电子细胞的结构设收稿日期:2016—03-28;退修日期:2016-08—05;录用日期:2016-10-08;网络出版时间:2016-10-1311:12网络出版地址:WWW.cnki.net/kcms/det

6、ai

7、/11.1929V.20161013.1112.008.html基金项目:国家自然科学基金(61271153,61372039)*通讯作者.E-mail:cjyrad@163.oom;

8、用格武;王涛.蔡金燕.孟亚峰.等i胚胎电子细胞阵翻中空阉细胞的配置【JI.航空学报。2017。38(4):320266.WANGT.OAIJY.MENGYF,eta1.ConfigurationofidlecellsinembryonicselectroniccellarrayfJJ.ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2017,38(4

9、):320266.320266—1航空学报计,增强了胚胎电子细胞的功能粒度,有效减少了硬件资源消耗;文献[7]介绍了胚胎电子细胞阵列实现的关键技术,为学习胚胎电子细胞阵列提供了帮助和参考,具有很重要的意义;文献[8]实现了胚胎电子细胞阵列结构容错电路的FPGA验证,实现了对相关理论的实验验证,为后续的相关研究提供了实验支持;文献Eg]提出了蜂窝状的胚胎电子细胞阵列结构,丰富了细胞间的连接方式,使细胞间的布局布线更加方便;文献[10]采用基于标记与识别的数据处理方式,提出了一种名为电子组织的自适应可重构多细胞阵列结构,丰富了胚胎电子细胞阵列的自修复方式,提高了胚胎

10、电子细胞阵列的可靠性;文

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