本文選題：數(shù)字電路　切入點：仿生電子硬件　出處：《南京航空航天大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：仿生電子硬件領(lǐng)域的胚胎硬件具有邏輯單元層次的分布式自主控制重構(gòu)能力,為數(shù)字電路芯片級在線故障自測試與自修復(fù)提供了硬件基礎(chǔ),基于胚胎硬件技術(shù)設(shè)計的數(shù)字系統(tǒng)可在完全自主控制下大幅提高可靠性,胚胎硬件技術(shù)在航空、航天、深海等惡劣環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用意義突出�；谂咛ビ布O(shè)計具有工程實用價值的芯片級自修復(fù)數(shù)字電子系統(tǒng),需在硬件結(jié)構(gòu)體系、應(yīng)用系統(tǒng)可靠性提高方法和系統(tǒng)評估與驗證方法等方面實現(xiàn)突破,但目前僅硬件結(jié)構(gòu)體系研究有一定成果,而且還存在硬件資源利用率低下和自修復(fù)覆蓋不全面的問題。本文針對胚胎硬件設(shè)計芯片級自修復(fù)數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題,圍繞完善系統(tǒng)硬件體系、簡化電路結(jié)構(gòu)和探索應(yīng)用設(shè)計過程可靠性提高方法三個方面開展研究,提出新結(jié)構(gòu)體系模型及相應(yīng)自修復(fù)策略,給出細胞電路簡化設(shè)計方法,并得到以可靠性為優(yōu)化目標(biāo)的應(yīng)用設(shè)計最優(yōu)參數(shù)選擇方法。論文主要貢獻在于:1、提出三層硬件結(jié)構(gòu)模型,包含系統(tǒng)層、組織層和細胞層。針對兩層模型中細胞電路復(fù)雜度隨陣列規(guī)模增大而快速提高的問題,增設(shè)組織層以減小自修復(fù)操作的陣列規(guī)模,可降低細胞電路復(fù)雜度;針對四層模型中系統(tǒng)層自修復(fù)導(dǎo)致組織內(nèi)細胞高度冗余的問題,提出電子組織按邏輯功能分塊、單獨布局的結(jié)構(gòu),可提高資源利用率。2、面向新硬件結(jié)構(gòu)模型,提出新的分層自修復(fù)策略。細胞層:進行細胞層各分子模塊故障自測試設(shè)計,實現(xiàn)了細胞內(nèi)部模塊全面自測試,提出與組織層自修復(fù)相結(jié)合的細胞內(nèi)分子模塊自修復(fù)方法,可避免細胞層自修復(fù)引起的硬件冗余;組織層:針對故障細胞移除過程將發(fā)生瞬時故障細胞永久移除的問題,提出一種故障細胞可重利用的單細胞移除自修復(fù)策略,僅移除部分永久故障細胞,所有瞬時故障細胞都可自修復(fù)。3、以完善自測試、自修復(fù)能力和簡化電路設(shè)計為目標(biāo),開展細胞內(nèi)部電路模塊設(shè)計研究,提出了新的自測試和自修復(fù)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了電路設(shè)計,驗證了有效性。具體包括:⑴提出一種多功能可配置的邏輯功能模塊結(jié)構(gòu),可簡化常用數(shù)字邏輯的配置信息,提高邏輯分配效率;僅對影響輸出的LUT存儲單元進行測試,降低了電路復(fù)雜度;邏輯功能模塊的全部瞬時故障和絕大部分永久故障可修復(fù);⑵基于移位寄存器結(jié)構(gòu)設(shè)計配置存儲器,實現(xiàn)了配置存儲器模塊簡化;配置存儲器在細胞層自測試,與組織層自修復(fù)結(jié)合,可修復(fù)全部瞬時故障和部分永久故障;⑶設(shè)計并實現(xiàn)與自修復(fù)策略相適應(yīng)的控制模塊電路,并驗證了控制過程正確性;⑷提出互連模塊分離布局設(shè)計法:將配置信息控制的開關(guān)塊布局在細胞內(nèi)部,將無需配置控制的附加布線電路獨立設(shè)計,分離設(shè)計可減小細胞面積,降低細胞故障率,采用純組合電路結(jié)構(gòu)設(shè)計附加布線電路,重布線速度更快。4、針對“特定設(shè)計人員在已知芯片對象開展設(shè)計任務(wù),設(shè)計方法和設(shè)計能力由設(shè)計者決定”的胚胎硬件應(yīng)用設(shè)計實際,研究應(yīng)用設(shè)計過程可靠性提高方法,指導(dǎo)設(shè)計者選擇最佳設(shè)計策略、確定設(shè)計參數(shù)。面向胚胎硬件陣列結(jié)構(gòu)體系和細胞移除自修復(fù)策略,分析電路設(shè)計過程中硬件資源變化規(guī)律,針對傳統(tǒng)可靠性模型無法體現(xiàn)細胞面積變化的不足,引入細胞面積參數(shù),以其變化來表示細胞電路設(shè)計過程中細胞內(nèi)部模塊電路受設(shè)計方法影響的情況,建立了不同設(shè)計策略下的可靠性模型。通過可靠性數(shù)值分析,得到不同自修復(fù)策略、不同細胞單元粒度大小和不同細胞陣列布局結(jié)構(gòu)中可靠性的變化規(guī)律,給出最佳設(shè)計參數(shù)的確定方法。5、設(shè)計了一個演示胚胎細胞陣列自修復(fù)設(shè)計方法正確性的物理實驗平臺。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN402

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本文編號：1602786