專利名稱：一種面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有自主容錯(cuò)功能的開(kāi)關(guān)，尤其涉及一種面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊。
背景技術(shù)：
可重構(gòu)硬件中的互連資源往往占用整個(gè)芯片70%以上的面積，主要包括開(kāi)關(guān)塊和開(kāi)關(guān)塊之間的互連線。開(kāi)關(guān)塊主要采用基于多路器的設(shè)計(jì)形式，開(kāi)關(guān)塊內(nèi)部多路器或開(kāi)關(guān)塊之間的互連線發(fā)生故障，將導(dǎo)致開(kāi)關(guān)塊的數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤并且影響整個(gè)可重構(gòu)硬件的功能執(zhí)行，因此可重構(gòu)硬件開(kāi)關(guān)塊容錯(cuò)技術(shù)的研究非常重要。目前，可重構(gòu)硬件開(kāi)關(guān)塊的診斷研究主要采用離線重配置測(cè)試、Roving STARs、行列循環(huán)診斷、免疫機(jī)制等方法。這些診斷方法在可重構(gòu)硬件中需要外部硬件或軟件集中式控制、時(shí)間開(kāi)銷大且難以實(shí)現(xiàn)在線診斷。可重構(gòu)硬件開(kāi)關(guān)塊的修復(fù)方法主要為外部軟件或硬件控制執(zhí)行重布線或整體重構(gòu)。開(kāi)關(guān)塊發(fā)生故障后，通常用冗余開(kāi)關(guān)塊代替故障開(kāi)關(guān)塊以實(shí)現(xiàn)修復(fù)功能，且修復(fù)過(guò)程需通過(guò)重布線繞過(guò)故障開(kāi)關(guān)塊，算法復(fù)雜，硬件資源利用率不尚ο傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)塊設(shè)計(jì)由于沒(méi)有自診斷與自修復(fù)功能，可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)功能性一般不高。依靠目前的診斷、修復(fù)方法實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)硬件容錯(cuò)，存在時(shí)間開(kāi)銷大、資源利用率低、在線執(zhí)行難的缺點(diǎn)，同時(shí)，基于外部軟件或硬件的集中控制方式，不僅會(huì)因?yàn)閱吸c(diǎn)失效現(xiàn)象導(dǎo)致可重構(gòu)硬件中部分電路功能癱瘓，且對(duì)外部軟件或硬件的速度、可靠性要求很高， 因此需要設(shè)計(jì)一種利于可重構(gòu)硬件實(shí)現(xiàn)在線分布式自診斷和自修復(fù)的新型開(kāi)關(guān)塊電路，以提高可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)功能。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊，以解決現(xiàn)有可重構(gòu)硬件開(kāi)關(guān)塊的容錯(cuò)方法需要外部軟件或硬件集中式控制、難以在線執(zhí)行、時(shí)間開(kāi)銷大且資源利用率不高等問(wèn)題。技術(shù)方案為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊包括作為容錯(cuò)開(kāi)關(guān)關(guān)基本部件的基本開(kāi)關(guān)塊，所述的基本開(kāi)關(guān)塊具有至少一個(gè)通道，所述的通道至少由一個(gè)多路器組成，其還包括用于測(cè)試所述多路器故障狀態(tài)的故障測(cè)試電路、用于替代故障多路器的開(kāi)關(guān)塊修復(fù)電路和用于容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊之間連線修復(fù)的連線修復(fù)電路，所述的還包括用于測(cè)試所述多路器故障狀態(tài)的故障測(cè)試電路、用于替代故障多路器的開(kāi)關(guān)塊修復(fù)電路和用于容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊之間連線修復(fù)的連線修復(fù)電路相互獨(dú)立并且協(xié)同工作，整體實(shí)現(xiàn)自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊的容錯(cuò)功能。更進(jìn)一步地，所述的基本開(kāi)關(guān)塊采用了基于多路器的設(shè)計(jì)形式，每個(gè)方向的輸入數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)搅硗獾娜齻€(gè)不同方向和功能單元，所述的功能單元亦稱為功能細(xì)胞單元， 在胚胎電子學(xué)領(lǐng)域，一般認(rèn)為二維陣列是由多個(gè)細(xì)胞組成，細(xì)胞的概念相當(dāng)于功能模塊，就本發(fā)明的技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，即多路器中每個(gè)方向可與細(xì)胞陣列中直接相鄰細(xì)胞的功能單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。例如，每個(gè)基本開(kāi)關(guān)塊有固定數(shù)量的通道，各通道由5個(gè)多路器構(gòu)成，配置信號(hào)用于選擇多路器的4個(gè)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，其中當(dāng)多路器的工作標(biāo)志信號(hào)為高時(shí)，表示多路器正在工作。更進(jìn)一步地，所述的連線修復(fù)電路包括用于增加冗余修復(fù)線并且切換容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊輸出信號(hào)線的輸出信號(hào)線修復(fù)模塊和用于切換容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊輸入信號(hào)線并把修復(fù)線的數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)较噜彽娜蒎e(cuò)開(kāi)關(guān)塊中的輸入信號(hào)線修復(fù)模塊。所述的開(kāi)關(guān)塊修復(fù)電路和連線修復(fù)電路具體實(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)硬件開(kāi)關(guān)塊的自修復(fù)功能。當(dāng)開(kāi)關(guān)塊內(nèi)部多路器發(fā)生了故障，無(wú)需丟棄整個(gè)開(kāi)關(guān)塊，只需通過(guò)重新配置開(kāi)關(guān)塊內(nèi)部某一通道的冗余多路器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)故障多路器的修復(fù)，使可重構(gòu)硬件不需要在外部硬件或軟件集中式控制的條件下執(zhí)行重布線或重構(gòu)繞開(kāi)故障開(kāi)關(guān)塊完成修復(fù)，提高了硬件資源利用率，修復(fù)過(guò)程簡(jiǎn)單。當(dāng)可重構(gòu)硬件開(kāi)關(guān)塊之間的互連線發(fā)生了故障，連線修復(fù)電路通過(guò)內(nèi)部信號(hào)控制輸出/輸入信號(hào)線的順序轉(zhuǎn)移以實(shí)現(xiàn)連線的自修復(fù)，并且使故障連線輸出為高阻狀態(tài)。所述的故障測(cè)試電路采用輸入測(cè)試向量的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)工作多路器的故障測(cè)試。 測(cè)試信號(hào)觸發(fā)工作多路器進(jìn)入故障測(cè)試模式，輸入測(cè)試向量對(duì)工作多路器進(jìn)行故障測(cè)試， 其中測(cè)試向量為先前定義的4位測(cè)試值，儲(chǔ)存在測(cè)試向量表格中。該故障測(cè)試電路不檢測(cè)空閑多路器而只對(duì)工作多路器輸入測(cè)試向量進(jìn)行測(cè)試，不僅使測(cè)試流程簡(jiǎn)化，還減小了測(cè)試所需時(shí)間。有益效果本發(fā)明的有益效果是這種面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊無(wú)需外部硬件或軟件集中式控制且有利于可重構(gòu)硬件實(shí)現(xiàn)在線自主分布式檢測(cè)和修復(fù)功能，流程簡(jiǎn)單，時(shí)間開(kāi)銷小，資源利用率高。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是基本開(kāi)關(guān)塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是故障測(cè)試電路示意圖；圖4是開(kāi)關(guān)塊修復(fù)電路示意圖；圖5(a)是連線修復(fù)電路的輸出線位移示意圖，(b)為連線修復(fù)電路的輸入線移位電路示意圖；圖6(a)是線移位前的互連結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為線移位后的互連結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明如圖1所示，本實(shí)例的面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊由基本開(kāi)關(guān)塊、故障測(cè)試電路、開(kāi)關(guān)塊修復(fù)電路和連線修復(fù)電路組成，其中設(shè)計(jì)了控制信號(hào)controls輸入通道和連線修復(fù)電路(#0 #3)。控制信號(hào)controls包括開(kāi)關(guān)塊測(cè)試向量和修復(fù)控制信號(hào)，其中開(kāi)關(guān)塊測(cè)試向量用于容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊中多路器的故障自測(cè)試，修復(fù)控制信號(hào)用于使能多路器自修復(fù)和連線自修復(fù)。通道s是用于連線修復(fù)的冗余修復(fù)線，容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊中的連線修復(fù)電路用于實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊之間的連線修復(fù)。如圖2所示，其表示的是一個(gè)4通道的基本開(kāi)關(guān)塊結(jié)構(gòu)，其中通道0的輸入只能連接到通道0的其他不同方向的輸出。每個(gè)通道由5個(gè)多路器構(gòu)成，每個(gè)多路器的配置數(shù)據(jù) config_x(l:0) ( ‘χ’指輸出數(shù)據(jù)的四個(gè)不同方向)用于實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)向不同方向輸出。如圖中所示，以η方向?yàn)槔?個(gè)多路器中除了 η方向的多路器之外，其他4個(gè)多路器的η方向輸入端口用一根連線連接起來(lái)，當(dāng)開(kāi)關(guān)塊從η方向傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，可以根據(jù)多路器的標(biāo)志位 config_x(2)判斷其他4個(gè)多路器是否正在工作，再將數(shù)據(jù)傳遞到正在工作的多路器中去。如圖3所示，為故障測(cè)試電路示意圖，該電路的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)工作多路器的故障測(cè)試。以e方向多路器正在工作為例，電路中信號(hào)Vecr_en為測(cè)試向量輸入有效信號(hào)，用于觸發(fā)多路器進(jìn)行故障測(cè)試，信號(hào)veCr(3:0)為測(cè)試向量，信號(hào)Config_e(2)為多路器工作使能信號(hào)，當(dāng)信號(hào)為高電平時(shí)該多路器正在工作，反之不工作。當(dāng)信號(hào)veden和Config_ e(2)同時(shí)為‘1’時(shí)，觸發(fā)故障測(cè)試電路進(jìn)入故障測(cè)試模式，采用輸入向量測(cè)試的方法對(duì)正在工作的多路器進(jìn)行故障測(cè)試，這種測(cè)試方法能夠簡(jiǎn)化測(cè)試流程，減少測(cè)試時(shí)間。如圖4所示，關(guān)塊修復(fù)電路中，當(dāng)故障測(cè)試電路檢測(cè)出多路器發(fā)生故障后，需要用冗余的多路器代替故障多路器，實(shí)現(xiàn)修復(fù)功能。信號(hào)fault_k為多路器故障信號(hào)，信號(hào)re_ en為修復(fù)使能信號(hào)，信號(hào)為‘1’時(shí)，使能冗余多路器替代故障多路器輸出，VeCr_a(l:0)用于配置冗余多路器，實(shí)現(xiàn)完全替代故障多路器的功能。如圖4所示，以e方向多路器發(fā)生故障為例，e方向多路器正在工作且檢測(cè)出發(fā)生故障，此時(shí)fault_k= l，COnfig_e(2) = 1，二者信號(hào)相與之后觸發(fā)開(kāi)關(guān)塊修復(fù)電路配置冗余多路器，使其與原e方向的多路器具有相同結(jié)構(gòu)從而替代故障多路器實(shí)現(xiàn)修復(fù)功能。圖5示出了連線修復(fù)電路的輸出/輸入線移位電路，連線修復(fù)電路用于容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊之間的連線修復(fù)，包括輸出信號(hào)線修復(fù)模塊和輸入信號(hào)線修復(fù)模塊兩個(gè)部分。輸出連線修復(fù)電路的作用是增加冗余修復(fù)線s并且切換容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊輸出信號(hào)線，電路結(jié)構(gòu)如圖5(a) 所示，其中信號(hào)x_out(3:0)為容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊輸出信號(hào)，信號(hào)bypaSS_OUW2:0)為選擇器配置數(shù)據(jù)，用于選擇輸出信號(hào)，信號(hào)s_ouW4:0)為三態(tài)緩沖器配置數(shù)據(jù)，用于取消故障連線的數(shù)據(jù)傳遞，使故障連線輸出為高阻狀態(tài)，信號(hào)r_out(0)為修復(fù)線的數(shù)據(jù)輸出。輸入連線修復(fù)電路作用是切換容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊輸入信號(hào)線，把修復(fù)線的數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)较噜彽娜蒎e(cuò)開(kāi)關(guān)塊中，電路結(jié)構(gòu)如圖5(b)所示。其中信號(hào)^^1(3:0)為容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊輸入信號(hào)，信號(hào)bypaSS_ in(2:0)為選擇器配置數(shù)據(jù)用于選擇輸入信號(hào)，信號(hào)1~」11(0)為故障線信號(hào)移位到修復(fù)線的數(shù)據(jù)輸入，信號(hào)xr_in(3:0)為連接到相鄰容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊的輸入信號(hào)。正常工作時(shí)，在輸出連線修復(fù)電路中，信號(hào)bypaSS_ouW2:0) =“111”，在輸入連線修復(fù)電路中，信號(hào)bypass_in(2:0) =“000”，若連線1發(fā)生故障，則相應(yīng)的bypaSS_ out (1)、bypass_out (2)、bypass_out (3)變?yōu)?0，bypass_in (1)、bypass_in (2)、bypass_ in (3)變?yōu)?，通過(guò)信號(hào)bypass_0ut和bypassjn的變化成功地切換了容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊輸出線移位和輸入線移位并且利用冗余修復(fù)線s修復(fù)了故障線的數(shù)據(jù)傳輸。線移位前后的互連結(jié)構(gòu)如圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊，包括基本開(kāi)關(guān)塊，所述的基本開(kāi)關(guān)塊具有至少一個(gè)通道，所述的通道至少由一個(gè)多路器組成，其特征在于，還包括用于測(cè)試所述多路器故障狀態(tài)的故障測(cè)試電路、用于替代故障多路器的開(kāi)關(guān)塊修復(fù)電路和用于容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊之間連線修復(fù)的連線修復(fù)電路。
2.如權(quán)利要求1所述的面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊，其特征在于，所述的連線修復(fù)電路包括通過(guò)增加冗余修復(fù)線并且用于切換容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊輸入輸出信號(hào)線并把修復(fù)線的數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)较噜彽娜蒎e(cuò)開(kāi)關(guān)塊中的輸入輸出信號(hào)線修復(fù)模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊，其特征在于，所述的基本開(kāi)關(guān)塊中，每一通道的輸入信號(hào)只連接到每一通道自身其他不同方向的輸出，實(shí)現(xiàn)與相鄰功能單元之間的數(shù)據(jù)傳輸。
4.如權(quán)利要求1所述的面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊，其特征在于，所述的基本開(kāi)關(guān)塊的通道由五個(gè)多路器組成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊，包括基本開(kāi)關(guān)塊，所述的基本開(kāi)關(guān)塊具有至少一個(gè)通道，所述的通道至少由一個(gè)多路器組成，其特征在于，還包括用于測(cè)試所述多路器故障狀態(tài)的故障測(cè)試電路、用于替代故障多路器的開(kāi)關(guān)塊修復(fù)電路和用于容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊之間連線修復(fù)的連線修復(fù)電路。本發(fā)明的面向可重構(gòu)硬件的自主容錯(cuò)開(kāi)關(guān)塊無(wú)需外部硬件或軟件集中式控制且有利于可重構(gòu)硬件實(shí)現(xiàn)在線自主分布式檢測(cè)和修復(fù)功能，流程簡(jiǎn)單，時(shí)間開(kāi)銷小，資源利用率高。
文檔編號(hào)H03K19/003GK102522979SQ20111041115
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者張砦, 王友仁, 王敏, 袁鵬 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)