容错可重构阵列与应用分析

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1、中图分类号：TP302.8论文编号：102870315-S017学科分类号：080402硕士学位论文容错可重构阵列及应用研究研究生姓名宋保强学科、专业测试计量技术及仪器研究方向计算机测控系统指导教师王友仁教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationResearchonFault-tolerantReconfigurableArrayandA

2、pplicationAThesisinMeasurementTechnologyandInstrumentbySongBaoqiangAdvisedbyProf.WangYourenSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或

3、撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：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

4、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，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

5、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。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

6、，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,al

7、ongwiththerapiddevelopmentoftheintegratedcircuitdesignandmanufacturingtechnology,thefeaturesizeofthechipdecreasessharply,sothenumberoftransistorsperunitareacanaccommodaterapidlyincreasing,however,atthesametime,italsomakesthefailureprobabilityoftheelectroni

8、csystemsincreaseduringtheirworkingprocess,especiallyinthecriticalsystemsofthedeepspaceexploration,aeronauticsandastronautics,defenseandmilitary,etal.applicationdomains,thepoorandcomplexphysicalenvironmentrequ