《一种面向可重构硬件的自主容错开关块.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种面向可重构硬件的自主容错开关块.pdf（8页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102522979 A (43)申请公布日 2012.06.27 C N 1 0 2 5 2 2 9 7 9 A *CN102522979A* (21)申请号 201110411157.X (22)申请日 2011.12.12 H03K 19/003(2006.01) (71)申请人南京航空航天大学 地址 210016 江苏省南京市御道街29号 (72)发明人王友仁 王敏 张砦 袁鹏 (74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人叶连生 (54) 发明名称 一种面向可重构硬件的自主容错开关块 (57) 摘要 本发明公开了一种面向可重构硬件的自主。
2、容 错开关块，包括基本开关块，所述的基本开关块具 有至少一个通道，所述的通道至少由一个多路器 组成，其特征在于，还包括用于测试所述多路器故 障状态的故障测试电路、用于替代故障多路器的 开关块修复电路和用于容错开关块之间连线修复 的连线修复电路。本发明的面向可重构硬件的自 主容错开关块无需外部硬件或软件集中式控制且 有利于可重构硬件实现在线自主分布式检测和修 复功能，流程简单，时间开销小，资源利用率高。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种。
3、面向可重构硬件的自主容错开关块，包括基本开关块，所述的基本开关块具有 至少一个通道，所述的通道至少由一个多路器组成，其特征在于，还包括用于测试所述多路 器故障状态的故障测试电路、用于替代故障多路器的开关块修复电路和用于容错开关块之 间连线修复的连线修复电路。 2.如权利要求1所述的面向可重构硬件的自主容错开关块，其特征在于，所述的连线 修复电路包括通过增加冗余修复线并且用于切换容错开关块输入输出信号线并把修复线 的数据正确传输到相邻的容错开关块中的输入输出信号线修复模块。 3.如权利要求1所述的面向可重构硬件的自主容错开关块，其特征在于，所述的基本 开关块中，每一通道的输入信号只连接到每一通道。
4、自身其他不同方向的输出，实现与相邻 功能单元之间的数据传输。 4.如权利要求1所述的面向可重构硬件的自主容错开关块，其特征在于，所述的基本 开关块的通道由五个多路器组成。 权 利 要 求 书CN 102522979 A 1/3页 3 一种面向可重构硬件的自主容错开关块 技术领域 0001 本发明涉及一种具有自主容错功能的开关，尤其涉及一种面向可重构硬件的自主 容错开关块。 背景技术 0002 可重构硬件中的互连资源往往占用整个芯片70以上的面积，主要包括开关块和 开关块之间的互连线。开关块主要采用基于多路器的设计形式，开关块内部多路器或开关 块之间的互连线发生故障，将导致开关块的数据传输出现错。
5、误并且影响整个可重构硬件的 功能执行，因此可重构硬件开关块容错技术的研究非常重要。 0003 目前，可重构硬件开关块的诊断研究主要采用离线重配置测试、Roving STARs、行 列循环诊断、免疫机制等方法。这些诊断方法在可重构硬件中需要外部硬件或软件集中式 控制、时间开销大且难以实现在线诊断。可重构硬件开关块的修复方法主要为外部软件或 硬件控制执行重布线或整体重构。开关块发生故障后，通常用冗余开关块代替故障开关块 以实现修复功能，且修复过程需通过重布线绕过故障开关块，算法复杂，硬件资源利用率不 高。 0004 传统的开关块设计由于没有自诊断与自修复功能，可重构硬件的自主容错功能性 一般不高。。
6、依靠目前的诊断、修复方法实现可重构硬件容错，存在时间开销大、资源利用率 低、在线执行难的缺点，同时，基于外部软件或硬件的集中控制方式，不仅会因为单点失效 现象导致可重构硬件中部分电路功能瘫痪，且对外部软件或硬件的速度、可靠性要求很高， 因此需要设计一种利于可重构硬件实现在线分布式自诊断和自修复的新型开关块电路，以 提高可重构硬件的自主容错功能。 发明内容 0005 技术问题 0006 本发明要解决的技术问题是提供一种面向可重构硬件的自主容错开关块，以解决 现有可重构硬件开关块的容错方法需要外部软件或硬件集中式控制、难以在线执行、时间 开销大且资源利用率不高等问题。 0007 技术方案 0008。
7、 为了解决上述的技术问题，本发明的面向可重构硬件的自主容错开关块包括作为 容错开关关基本部件的基本开关块，所述的基本开关块具有至少一个通道，所述的通道至 少由一个多路器组成，其还包括用于测试所述多路器故障状态的故障测试电路、用于替代 故障多路器的开关块修复电路和用于容错开关块之间连线修复的连线修复电路，所述的还 包括用于测试所述多路器故障状态的故障测试电路、用于替代故障多路器的开关块修复电 路和用于容错开关块之间连线修复的连线修复电路相互独立并且协同工作，整体实现自主 容错开关块的容错功能。 0009 更进一步地，所述的基本开关块采用了基于多路器的设计形式，每个方向的输入 说 明 书CN 10。
8、2522979 A 2/3页 4 数据可以传输到另外的三个不同方向和功能单元，所述的功能单元亦称为功能细胞单元， 在胚胎电子学领域，一般认为二维阵列是由多个细胞组成，细胞的概念相当于功能模块，就 本发明的技术方案来说，即多路器中每个方向可与细胞阵列中直接相邻细胞的功能单元进 行数据传输。例如，每个基本开关块有固定数量的通道，各通道由5个多路器构成，配置信 号用于选择多路器的4个输入数据进行输出，其中当多路器的工作标志信号为高时，表示 多路器正在工作。 0010 更进一步地，所述的连线修复电路包括用于增加冗余修复线并且切换容错开关块 输出信号线的输出信号线修复模块和用于切换容错开关块输入信号线并。
9、把修复线的数据 正确传输到相邻的容错开关块中的输入信号线修复模块。所述的开关块修复电路和连线修 复电路具体实现了可重构硬件开关块的自修复功能。当开关块内部多路器发生了故障，无 需丢弃整个开关块，只需通过重新配置开关块内部某一通道的冗余多路器即可实现对故障 多路器的修复，使可重构硬件不需要在外部硬件或软件集中式控制的条件下执行重布线或 重构绕开故障开关块完成修复，提高了硬件资源利用率，修复过程简单。当可重构硬件开关 块之间的互连线发生了故障，连线修复电路通过内部信号控制输出/输入信号线的顺序转 移以实现连线的自修复，并且使故障连线输出为高阻状态。 0011 所述的故障测试电路采用输入测试向量的方。
10、法实现了对工作多路器的故障测试。 测试信号触发工作多路器进入故障测试模式，输入测试向量对工作多路器进行故障测试， 其中测试向量为先前定义的4位测试值，储存在测试向量表格中。该故障测试电路不检测 空闲多路器而只对工作多路器输入测试向量进行测试，不仅使测试流程简化，还减小了测 试所需时间。 0012 有益效果 0013 本发明的有益效果是：这种面向可重构硬件的自主容错开关块无需外部硬件或软 件集中式控制且有利于可重构硬件实现在线自主分布式检测和修复功能，流程简单，时间 开销小，资源利用率高。 附图说明 0014 图1是本发明的一个实施例的面向可重构硬件的自主容错开关块结构示意图； 0015 图2是。
11、基本开关块结构示意图； 0016 图3是故障测试电路示意图； 0017 图4是开关块修复电路示意图； 0018 图5(a)是连线修复电路的输出线位移示意图，(b)为连线修复电路的输入线移位 电路示意图； 0019 图6(a)是线移位前的互连结构示意图，(b)为线移位后的互连结构示意图。 具体实施方式 0020 以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明： 0021 如图1所示，本实例的面向可重构硬件的自主容错开关块由基本开关块、故障测 试电路、开关块修复电路和连线修复电路组成，其中设计了控制信号control_s输入通道 和连线修复电路(#0#3)。控制信号control_s包括开关块测试向量。
12、和修复控制信号，其 说 明 书CN 102522979 A 3/3页 5 中开关块测试向量用于容错开关块中多路器的故障自测试，修复控制信号用于使能多路器 自修复和连线自修复。通道s是用于连线修复的冗余修复线，容错开关块中的连线修复电 路用于实现容错开关块之间的连线修复。 0022 如图2所示，其表示的是一个4通道的基本开关块结构，其中通道0的输入只能连 接到通道0的其他不同方向的输出。每个通道由5个多路器构成，每个多路器的配置数据 config_x(1:0)(x指输出数据的四个不同方向)用于实现输入数据向不同方向输出。如 图中所示，以n方向为例，5个多路器中除了n方向的多路器之外，其他4个多路。
13、器的n方向 输入端口用一根连线连接起来，当开关块从n方向传递数据时，可以根据多路器的标志位 config_x(2)判断其他4个多路器是否正在工作，再将数据传递到正在工作的多路器中去。 0023 如图3所示，为故障测试电路示意图，该电路的功能是实现对工作多路器的故障 测试。以e方向多路器正在工作为例，电路中信号vecr_en为测试向量输入有效信号，用于 触发多路器进行故障测试，信号vecr(3:0)为测试向量，信号config_e(2)为多路器工作 使能信号，当信号为高电平时该多路器正在工作，反之不工作。当信号vecr_en和config_ e(2)同时为1时，触发故障测试电路进入故障测试模式，。
14、采用输入向量测试的方法对正 在工作的多路器进行故障测试，这种测试方法能够简化测试流程，减少测试时间。 0024 如图4所示，关块修复电路中，当故障测试电路检测出多路器发生故障后，需要用 冗余的多路器代替故障多路器，实现修复功能。信号fault_k为多路器故障信号，信号re_ en为修复使能信号，信号为1时，使能冗余多路器替代故障多路器输出，vecr_a(1:0)用 于配置冗余多路器，实现完全替代故障多路器的功能。如图4所示，以e方向多路器发生故 障为例，e方向多路器正在工作且检测出发生故障，此时fault_k1，config_e(2)1，二 者信号相与之后触发开关块修复电路配置冗余多路器，使其。
15、与原e方向的多路器具有相同 结构从而替代故障多路器实现修复功能。 0025 图5示出了连线修复电路的输出/输入线移位电路，连线修复电路用于容错开关 块之间的连线修复，包括输出信号线修复模块和输入信号线修复模块两个部分。输出连线 修复电路的作用是增加冗余修复线s并且切换容错开关块输出信号线，电路结构如图5(a) 所示，其中信号x_out(3:0)为容错开关块输出信号，信号bypass_out(2:0)为选择器配置 数据，用于选择输出信号，信号s_out(4:0)为三态缓冲器配置数据，用于取消故障连线的 数据传递，使故障连线输出为高阻状态，信号r_out(0)为修复线的数据输出。输入连线修 复电路。
16、作用是切换容错开关块输入信号线，把修复线的数据正确传输到相邻的容错开关块 中，电路结构如图5(b)所示。其中信号x_in(3:0)为容错开关块输入信号，信号bypass_ in(2:0)为选择器配置数据用于选择输入信号，信号r_in(0)为故障线信号移位到修复线 的数据输入，信号xr_in(3:0)为连接到相邻容错开关块的输入信号。 0026 正常工作时，在输出连线修复电路中，信号bypass_out(2:0)“111”，在输入 连线修复电路中，信号bypass_in(2:0)“000”，若连线1发生故障，则相应的bypass_ out(1)、bypass_out(2)、bypass_out(3)变为0，bypass_in(1)、bypass_in(2)、bypass_ in(3)变为1，通过信号bypass_out和bypass_in的变化成功地切换了容错开关块输出线 移位和输入线移位并且利用冗余修复线s修复了故障线的数据传输。线移位前后的互连结 构如图6所示。 说 明 书CN 102522979 A 1/3页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102522979 A 2/3页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102522979 A 3/3页 8 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102522979 A 。