專利名稱：一種面向可重構(gòu)硬件的自主容錯開關(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功能的開關(guān)，尤其涉及一種面向可重構(gòu)硬件的自主容錯開關(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芯片70%以上的面積，主要包括開關(guān)塊和開關(guān)塊之間的互連線。開關(guān)塊主要采用基于多路器的設(shè)計形式，開關(guān)塊內(nèi)部多路器或開關(guān)塊之間的互連線發(fā)生故障，將導(dǎo)致開關(guān)塊的數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤并且影響整個可重構(gòu)硬件的功能執(zhí)行，因此可重構(gòu)硬件開關(guān)塊容錯技術(shù)的研究非常重要。目前，可重構(gòu)硬件開關(guān)塊的診斷研究主要采用離線重配置測試、Roving STARs、行列循環(huán)診斷、免疫機制等方法。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、時間開銷大且難以實現(xiàn)在線診斷?？芍貥?gòu)硬件開關(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)。開關(guān)塊發(fā)生故障后，通常用冗余開關(guān)塊代替故障開關(guān)塊以實現(xiàn)修復(fù)功能，且修復(fù)過程需通過重布線繞過故障開關(guān)塊，算法復(fù)雜，硬件資源利用率不尚ο傳統(tǒng)的開關(guān)塊設(shè)計由于沒有自診斷與自修復(fù)功能，可重構(gòu)硬件的自主容錯功能性一般不高。依靠目前的診斷、修復(fù)方法實現(xiàn)可重構(gòu)硬件容錯，存在時間開銷大、資源利用率低、在線執(zhí)行難的缺點，同時，基于外部軟件或硬件的集中控制方式，不僅會因為單點失效現(xiàn)象導(dǎo)致可重構(gòu)硬件中部分電路功能癱瘓，且對外部軟件或硬件的速度、可靠性要求很高， 因此需要設(shè)計一種利于可重構(gòu)硬件實現(xiàn)在線分布式自診斷和自修復(fù)的新型開關(guān)塊電路，以提高可重構(gòu)硬件的自主容錯功能。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種面向可重構(gòu)硬件的自主容錯開關(guān)塊，以解決現(xiàn)有可重構(gòu)硬件開關(guān)塊的容錯方法需要外部軟件或硬件集中式控制、難以在線執(zhí)行、時間開銷大且資源利用率不高等問題。技術(shù)方案為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的面向可重構(gòu)硬件的自主容錯開關(guān)塊包括作為容錯開關(guān)關(guān)基本部件的基本開關(guān)塊，所述的基本開關(guān)塊具有至少一個通道，所述的通道至少由一個多路器組成，其還包括用于測試所述多路器故障狀態(tài)的故障測試電路、用于替代故障多路器的開關(guān)塊修復(fù)電路和用于容錯開關(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試所述多路器故障狀態(tài)的故障測試電路、用于替代故障多路器的開關(guān)塊修復(fù)電路和用于容錯開關(guān)塊之間連線修復(fù)的連線修復(fù)電路相互獨立并且協(xié)同工作，整體實現(xiàn)自主容錯開關(guān)塊的容錯功能。更進一步地，所述的基本開關(guān)塊采用了基于多路器的設(shè)計形式，每個方向的輸入數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)搅硗獾娜齻€不同方向和功能單元，所述的功能單元亦稱為功能細胞單元， 在胚胎電子學(xué)領(lǐng)域，一般認為二維陣列是由多個細胞組成，細胞的概念相當于功能模塊，就本發(fā)明的技術(shù)方案來說，即多路器中每個方向可與細胞陣列中直接相鄰細胞的功能單元進行數(shù)據(jù)傳輸。例如，每個基本開關(guān)塊有固定數(shù)量的通道，各通道由5個多路器構(gòu)成，配置信號用于選擇多路器的4個輸入數(shù)據(jù)進行輸出，其中當多路器的工作標志信號為高時，表示多路器正在工作。更進一步地，所述的連線修復(fù)電路包括用于增加冗余修復(fù)線并且切換容錯開關(guān)塊輸出信號線的輸出信號線修復(fù)模塊和用于切換容錯開關(guān)塊輸入信號線并把修復(fù)線的數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)较噜彽娜蒎e開關(guān)塊中的輸入信號線修復(fù)模塊。所述的開關(guān)塊修復(fù)電路和連線修復(fù)電路具體實現(xiàn)了可重構(gòu)硬件開關(guān)塊的自修復(fù)功能。當開關(guān)塊內(nèi)部多路器發(fā)生了故障，無需丟棄整個開關(guān)塊，只需通過重新配置開關(guān)塊內(nèi)部某一通道的冗余多路器即可實現(xiàn)對故障多路器的修復(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)繞開故障開關(guān)塊完成修復(fù)，提高了硬件資源利用率，修復(fù)過程簡單。當可重構(gòu)硬件開關(guān)塊之間的互連線發(fā)生了故障，連線修復(fù)電路通過內(nèi)部信號控制輸出/輸入信號線的順序轉(zhuǎn)移以實現(xiàn)連線的自修復(fù)，并且使故障連線輸出為高阻狀態(tài)。所述的故障測試電路采用輸入測試向量的方法實現(xiàn)了對工作多路器的故障測試。 測試信號觸發(fā)工作多路器進入故障測試模式，輸入測試向量對工作多路器進行故障測試， 其中測試向量為先前定義的4位測試值，儲存在測試向量表格中。該故障測試電路不檢測空閑多路器而只對工作多路器輸入測試向量進行測試，不僅使測試流程簡化，還減小了測試所需時間。有益效果本發(fā)明的有益效果是這種面向可重構(gòu)硬件的自主容錯開關(guān)塊無需外部硬件或軟件集中式控制且有利于可重構(gòu)硬件實現(xiàn)在線自主分布式檢測和修復(fù)功能，流程簡單，時間開銷小，資源利用率高。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的面向可重構(gòu)硬件的自主容錯開關(guān)塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是基本開關(guān)塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是故障測試電路示意圖；圖4是開關(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。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明如圖1所示，本實例的面向可重構(gòu)硬件的自主容錯開關(guān)塊由基本開關(guān)塊、故障測試電路、開關(guān)塊修復(fù)電路和連線修復(fù)電路組成，其中設(shè)計了控制信號controls輸入通道和連線修復(fù)電路(#0 #3)。控制信號controls包括開關(guān)塊測試向量和修復(fù)控制信號，其中開關(guān)塊測試向量用于容錯開關(guān)塊中多路器的故障自測試，修復(fù)控制信號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，容錯開關(guān)塊中的連線修復(fù)電路用于實現(xiàn)容錯開關(guān)塊之間的連線修復(fù)。如圖2所示，其表示的是一個4通道的基本開關(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。每個通道由5個多路器構(gòu)成，每個多路器的配置數(shù)據(jù) config_x(l:0) ( ‘χ’指輸出數(shù)據(jù)的四個不同方向)用于實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)向不同方向輸出。如圖中所示，以η方向為例，5個多路器中除了 η方向的多路器之外，其他4個多路器的η方向輸入端口用一根連線連接起來，當開關(guān)塊從η方向傳遞數(shù)據(jù)時，可以根據(jù)多路器的標志位 config_x(2)判斷其他4個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，為故障測試電路示意圖，該電路的功能是實現(xiàn)對工作多路器的故障測試。以e方向多路器正在工作為例，電路中信號Vecr_en為測試向量輸入有效信號，用于觸發(fā)多路器進行故障測試，信號veCr(3:0)為測試向量，信號Config_e(2)為多路器工作使能信號，當信號為高電平時該多路器正在工作，反之不工作。當信號veden和Config_ e(2)同時為‘1’時，觸發(fā)故障測試電路進入故障測試模式，采用輸入向量測試的方法對正在工作的多路器進行故障測試，這種測試方法能夠簡化測試流程，減少測試時間。如圖4所示，關(guān)塊修復(fù)電路中，當故障測試電路檢測出多路器發(fā)生故障后，需要用冗余的多路器代替故障多路器，實現(xiàn)修復(fù)功能。信號fault_k為多路器故障信號，信號re_ en為修復(fù)使能信號，信號為‘1’時，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出發(fā)生故障，此時fault_k= l，COnfig_e(2) = 1，二者信號相與之后觸發(fā)開關(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)電路用于容錯開關(guān)塊之間的連線修復(fù)，包括輸出信號線修復(fù)模塊和輸入信號線修復(fù)模塊兩個部分。輸出連線修復(fù)電路的作用是增加冗余修復(fù)線s并且切換容錯開關(guān)塊輸出信號線，電路結(jié)構(gòu)如圖5(a) 所示，其中信號x_out(3:0)為容錯開關(guān)塊輸出信號，信號bypaSS_OUW2:0)為選擇器配置數(shù)據(jù)，用于選擇輸出信號，信號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開關(guān)塊輸入信號線，把修復(fù)線的數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)较噜彽娜蒎e開關(guān)塊中，電路結(jié)構(gòu)如圖5(b)所示。其中信號^^1(3:0)為容錯開關(guān)塊輸入信號，信號bypaSS_ in(2:0)為選擇器配置數(shù)據(jù)用于選擇輸入信號，信號1~」11(0)為故障線信號移位到修復(fù)線的數(shù)據(jù)輸入，信號xr_in(3:0)為連接到相鄰容錯開關(guān)塊的輸入信號。正常工作時，在輸出連線修復(fù)電路中，信號bypaSS_ouW2:0) =“111”，在輸入連線修復(fù)電路中，信號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)?，通過信號bypass_0ut和bypassjn的變化成功地切換了容錯開關(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)硬件的自主容錯開關(guān)塊，包括基本開關(guān)塊，所述的基本開關(guān)塊具有至少一個通道，所述的通道至少由一個多路器組成，其特征在于，還包括用于測試所述多路器故障狀態(tài)的故障測試電路、用于替代故障多路器的開關(guān)塊修復(fù)電路和用于容錯開關(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)硬件的自主容錯開關(guān)塊，其特征在于，所述的連線修復(fù)電路包括通過增加冗余修復(fù)線并且用于切換容錯開關(guān)塊輸入輸出信號線并把修復(fù)線的數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)较噜彽娜蒎e開關(guān)塊中的輸入輸出信號線修復(fù)模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的面向可重構(gòu)硬件的自主容錯開關(guān)塊，其特征在于，所述的基本開關(guān)塊中，每一通道的輸入信號只連接到每一通道自身其他不同方向的輸出，實現(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)硬件的自主容錯開關(guān)塊，其特征在于，所述的基本開關(guān)塊的通道由五個多路器組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向可重構(gòu)硬件的自主容錯開關(guān)塊，包括基本開關(guān)塊，所述的基本開關(guān)塊具有至少一個通道，所述的通道至少由一個多路器組成，其特征在于，還包括用于測試所述多路器故障狀態(tài)的故障測試電路、用于替代故障多路器的開關(guān)塊修復(fù)電路和用于容錯開關(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)硬件的自主容錯開關(guān)塊無需外部硬件或軟件集中式控制且有利于可重構(gòu)硬件實現(xiàn)在線自主分布式檢測和修復(fù)功能，流程簡單，時間開銷小，資源利用率高。
文檔編號H03K19/003GK102522979SQ20111041115
公開日2012年6月27日 申請日期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 申請人:南京航空航天大學(xué)