[發(fā)明專利]基于總線結(jié)構(gòu)的胚胎型仿生自修復(fù)結(jié)構(gòu)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210083371.1
• 申請日: 2012-03-27
• 公開（公告）號: CN102662805A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李岳;錢彥嶺;李廷鵬;卓清琪;王南天
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G06F11/20
• 分類號: G06F11/20
• 代理公司: 長沙新裕知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43210
• 代理人: 劉熙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子技術(shù)與仿生自修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于總線結(jié)構(gòu)的胚胎型仿生自修復(fù)結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)

隨著數(shù)字系統(tǒng)的復(fù)雜化，容錯能力已經(jīng)成為衡量一個系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)[1]。傳統(tǒng)的做法是通過對關(guān)鍵部件進(jìn)行多模硬件冗余來提高系統(tǒng)的可靠性[2]。即通過事先對故障模式的分析，對關(guān)鍵部件進(jìn)行冗余配置，當(dāng)故障發(fā)生時進(jìn)行切換，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但硬件冗余由于體積的限制不可能對所有部件進(jìn)行備份冗余，只能冗余關(guān)鍵部件，因此容錯能力有限[3，4]。另外，硬件冗余是建立在人們事先對可能發(fā)生的故障的準(zhǔn)確判斷的基礎(chǔ)之上的，當(dāng)出現(xiàn)未知故障時，冗余容錯機(jī)制就很難起作用，因此環(huán)境適應(yīng)能力較差。

為了克服傳統(tǒng)硬件冗余容錯能力有限，環(huán)境適應(yīng)性較差等不足，人們在借鑒生物自診斷、自復(fù)制和自修復(fù)的基礎(chǔ)上，提出了一種新的容錯電路-胚胎型仿生電路。胚胎仿生電路通過細(xì)胞級的硬件備份以及細(xì)胞的替換來實(shí)現(xiàn)板級或系統(tǒng)級容錯。同傳統(tǒng)的多模冗余容錯機(jī)制相比，其容錯功能由細(xì)胞分布式地自發(fā)完成，設(shè)計(jì)者不需要復(fù)雜的設(shè)計(jì)決策和關(guān)于工作環(huán)境的先驗(yàn)知識，環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)[5-7]。雖然胚胎仿生電路比硬件冗余電路具有許多優(yōu)勢，但其在實(shí)際應(yīng)用中存在資源消耗大、布線困難、自修復(fù)效率低等困難。

現(xiàn)有的胚胎型仿生電路是由結(jié)構(gòu)相同的電子細(xì)胞通過馮·諾依曼近鄰連接構(gòu)成的均勻分布的二維陣列[8]，如圖1所示。均勻結(jié)構(gòu)的二維陣列中的每個細(xì)胞只能直接與相鄰的細(xì)胞進(jìn)行通信，受到通信方式的限制，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞移除時不僅布線復(fù)雜，可移除的細(xì)胞數(shù)量也有限，實(shí)現(xiàn)行(列)移除時資源浪費(fèi)大——大量正常細(xì)胞因故障細(xì)胞而被移除。因此，改進(jìn)通信方式是將胚胎型仿生電路進(jìn)一步推向?qū)嶋H應(yīng)用的一種可行途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種不受通信方式的限制，布線簡單，存儲資源消耗小，效率更高的基于總線結(jié)構(gòu)的胚胎型仿生自修復(fù)結(jié)構(gòu)及方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供的基于總線結(jié)構(gòu)的胚胎型仿生自修復(fù)結(jié)構(gòu)，采用總線式陣列，所述總線式陣列包括工作細(xì)胞，備份細(xì)胞，輸入細(xì)胞、輸出細(xì)胞和總線，所有細(xì)胞通過并聯(lián)方式連接在總線上，其中輸入細(xì)胞連接在總線式陣列輸入端的總線上，輸出細(xì)胞連接在總線式陣列輸出端的總線上。

所述細(xì)胞包括功能模塊、配置存儲器、輸入輸出模塊、控制模塊；其中，配置存儲器的輸入輸出端與控制模塊的第一輸入輸出端相連，配置存儲器的輸出端與功能模塊的第一輸入端相連，控制模塊的輸出端與功能模塊的第二輸入端相連，控制模塊的第二輸入輸出端與輸入輸出模塊的第一輸入輸出端相連，輸入輸出模塊的第二輸入輸出端與功能模塊的輸入輸出端相連，輸入輸出模塊的第三輸入輸出端與總線相連。

總線的位數(shù)至少為11位，其中至少包括故障信號線1位，指令1信號線3位，指令2信號線3位，地址信號線2位，數(shù)據(jù)信號線2位。

本發(fā)明提供的基于總線結(jié)構(gòu)的胚胎型仿生自修復(fù)方法，利用工作細(xì)胞，備份細(xì)胞，輸入細(xì)胞、輸出細(xì)胞和總線構(gòu)成一個總線式陣列，將所有細(xì)胞通過并聯(lián)方式連接在總線上，其中輸入細(xì)胞連接在總線式陣列輸入端的總線上，輸出細(xì)胞連接在總線式陣列輸出端的總線上；當(dāng)工作細(xì)胞發(fā)生故障時，工作細(xì)胞通過控制模塊由總線將故障信息告知預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先級最高的備份細(xì)胞，優(yōu)先級最高的備份細(xì)胞捕獲故障信號并與故障細(xì)胞建立通信聯(lián)系，與此同時其余優(yōu)先級別的備份細(xì)胞將自身的地址減一達(dá)到提高一級優(yōu)先級的目的，故障細(xì)胞將自身的配置信息通過總線傳遞給備份細(xì)胞并將自己透明化，備份細(xì)胞接收配置信息并進(jìn)行自身配置，然后執(zhí)行相應(yīng)的功能，完成陣列自修復(fù)。

所述輸入細(xì)胞、輸出細(xì)胞、工作細(xì)胞和備份細(xì)胞按以下通信協(xié)議工作：

輸入細(xì)胞：

1)當(dāng)指令1與指令2均為000且故障信號為0時，從總線式陣列外向總線輸入數(shù)據(jù)，標(biāo)志一次計(jì)算的開始；

2)當(dāng)檢測到指令2為110時，輸出高阻，放開總線。

輸出細(xì)胞：

1)當(dāng)檢測到指令1為111且故障信號為0時，從總線取下數(shù)據(jù)并通過指令2反饋111到總線，然后將數(shù)據(jù)輸出到陣列外；

2)當(dāng)檢測指令1為000時，輸出高阻，放開總線；

工作細(xì)胞：

1)輸入數(shù)據(jù)：當(dāng)檢測到地址為自己細(xì)胞地址或者公共地址時，輸入數(shù)據(jù)，輸入完成后通過指令2告知發(fā)送數(shù)據(jù)的細(xì)胞，然后檢測指令1，判斷進(jìn)行下一次數(shù)據(jù)輸入或者輸出高阻；