[發明專利]一種自優化的仿生自修復硬件故障重構機制設計

有效

• 申請號: 201811246420.2
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109472342B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 李岳;錢彥嶺;劉秀斌;王龍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00;G06F11/26
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明提供一種自優化的仿生自修復硬件故障重構機制設計，具體包括以下步驟：建立仿生自修復硬件故障重構模型：將目標功能電路映射到仿生自修復硬件上；對映射后的仿生自修復硬件進行故障檢測，直至檢測出故障細胞n_f；全局搜索仿生自修復硬件，尋找距離故障細胞n_f最近的空閑細胞n_t，將故障細胞n_f關聯的功能節點v_f遷移到空閑細胞n_t，此時的配置方案稱為初始可行解x₀；利用變鄰域搜索算法找出故障細胞n_f的最優可行解x_best的配置方案。通過采用變鄰域搜索算法設計了仿生自修復硬件重構機制，使其能夠對故障重構過程進行優化，保證了重構電路的綜合性能，最大限度的提高了空閑細胞資源利用率，同時兼顧了計算量與在線實現等要求。本發明應用于電子電路可靠性領域。

技術領域

本發明涉及電子電路可靠性領域，尤其涉及一種自優化的仿生自修復硬件故障重構機制設計。

背景技術

仿生自修復硬件始于Mange等人借鑒多細胞生物體發育過程提出的一種新型現場可編程門陣列。其基本思想是將仿生機理應用于電子電路設計過程中，使電子電路能夠像生物一樣根據工作環境的變化自主地、動態地改變自身結構與參數以獲得期望的性能，具有類似于生物的自適應、自修復等特性。

仿生自修復硬件的最小結構功能單元是一種通用的可重構的電子細胞，細胞內包含配置寄存器，用來模擬生物細胞的基因組，記錄細胞的配置信息，細胞具體功能由各自配置信息決定。仿生自修復硬件的整體功能則由各個細胞協同完成。每個細胞包含一個細胞級自測試單元，當細胞發生故障時，故障細胞發出“出錯”信號，觸發細胞陣列實施在線重構。每個細胞重新選擇配置信息，再分化為執行新功能的細胞，如果空閑細胞數目足夠，原陣列的整體功能可保持不變。

仿生自修復硬件重構機制主要研究仿生陣列出現故障后如何自動重構，進而實現功能恢復，常見的重構機制包括：列(行)移除機制、單細胞移除機制以及近鄰替換機制。列(行)移除機制將故障細胞所在的列(行)全部替換，由右側細胞依次代替完成其功能，最后一列工作細胞將由一列空閑細胞替換，該機制消耗一列細胞完成一個故障細胞修復，資源消耗大；單細胞移除機制中，當某細胞故障后，有空閑細胞一側的工作細胞功能依次后移，從整體上看，故障細胞由一個空閑細胞代替，相比于列(行)移除機制，重構過程消耗的空閑細胞數量更少，但可能出現布線通道擁塞、單一線長過長等問題；近鄰替換機制是在工作細胞的周圍預先布置空閑細胞，工作細胞故障時，周圍空閑細胞按照優先級對故障細胞進行替換，這類機制具體包括Szasz機制、Lala機制等，但若同一區域內出現多處故障，該機制失效。

總體而言，傳統的重構機制計算量小，易于實現，解決了仿生自修復硬件實時性的要求。但無法對重構電路進行優化，使得功能電路初始布局限制較多，設計靈活性不高；空閑細胞無法對任意位置故障細胞進行替換修復，資源利用率較低；重構過程無法兼顧電路線網長度，修復后電路時序特性下降。因此，需要對仿生自修復硬件故障重構機制進行改進，兼顧優化特性與實時特性，以便其能更好的解決實際問題。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種自優化的仿生自修復硬件故障重構機制設計。能夠有效的提升重構電路的綜合性能，最大限度的提高了空閑細胞資源利用率。

本發明采用的技術方案是：一種自優化的仿生自修復硬件故障重構機制設計，具體包括以下步驟：

S1、建立仿生自修復硬件故障重構模型：將目標功能電路映射到仿生自修復硬件上；

S2、對映射后的仿生自修復硬件進行故障檢測，直至檢測出故障細胞n_f；