用于可重构硬件容错过程的辅助布线电路设计

目前可重构硬件的容错机制大多采用重新布局布线的方法,但是需要很长的重布线时间,难以满足工程应用的需要.为此,提出一种支持可重构单元阵列快速容错的辅助布线电路,该电路结构由二维的辅助布线模块构成,每个辅助布线模块可以读取并修改所在可重构单元的可编程开关配置数据.可重构单元阵列容错时,辅助布线电路代替外部软件执行故障线网的取消和线网重布线过程.以4位并行乘法器为例,证明了在系统容错时辅助布线电路可以有效地加速故障线网取消和重布线过程.     

可重构系统中硬件任务布局布线算法研究

可重构计算系统中,二维可重构硬件任务的布局布线问题是影响系统资源利用率的重要因素。在异质化的可重构器件和任务模型基础上,对可重构硬件任务进行了适当分类,并提出一种能够对多类型可重构硬件任务同时布局布线的算法DRS-TCW。实验表明,该算法能够有效提高可重构器件的资源利用率和任务布线连通率。     

一种通孔最小化的三层通道布线算法

本文提出的连通孔最小化的三层通道布线算法,根据线网的接点位置建立线网分层图,并对此图进行三着色,确定出初始布线集和分拆线网集,通过引进线网次序图、压缩空段长度、填充原则和逐步排障法等,将初始布线集和拆网集的线网分配到相应的走线道上.实现线网的互连.本算法已用PASCAL语言编程,并在XT/286机上实现.结果表明,该算法不仅使通孔数大大减少,而且有些例子的走线道数也较一般布线法少.     

存在故障的数字微流控芯片重构后测试

数字微流控芯片广泛用于生命科学领域,它对可靠性的要求很苛刻。由于数字微流控芯片的可重构性,在测试诊断的故障数小于一定比例时,电极阵列会被重构以撇开故障单元继续使用,而对于重构后的不规则电极单元,必须在使用前做强健完备的测试。首次提出对重构后的不规则电极单元进行并行测试:将重构电极阵列分为多个等大子阵列,每个子阵列分配1个测试液滴进行并行测试,目标为最小化测试时间。本文将测试时间最小化问题转化为分发池的分配问题,并为该NP完全问题建立ILP模型,计算最优测试时间。实验结果表明,该方法避免了重复诊断,最小化了故障后重构芯片的测试时间,获得了较好的测试效果。     

可重构电子系统芯片级在线自主容错方法研究

可重构电子系统芯片固定型故障的传统容错设计往往采用集中式控制方法,存在测试时间长、硬件资源利用率低、对外部控制器依赖性高等问题。因此,设计了一种具有分布式自主容错能力的可重构细胞阵列,通过将细胞内部查找表输出与参考值进行比较的方式进行循环检测,并利用冗余存储单元对故障查找表进行修复。以四位并行乘法器为例进行仿真验证,实验结果表明,新型可重构阵列的自主容错设计方法,比现有设计的硬件开销小,修复时间短,容错能力强,且设计复杂度不受阵列规模影响。     

三维可重构阵列互连资源在线分布式容错方法

设计了一种新型三维可重构阵列结构, 并且对其互连资源在线分布式容错方法进行了研究。系统由相同的功能细胞和开关块以三维结构组成, 通过在线输入测试向量对互连线进行故障定位, 并且实现故障连线分层自修复。以四位加法/减法器电路为设计实例, 对可重构阵列功能和容错能力进行验证。实验结果表明该方法可有效完成容错, 且时间开销小、容错能力强、资源利用率高。     

消除拥挤的多层总体布线新流程

提出一种在布线前进行层分配的总体布线算法,基于一个多层布线的新流程,使用包含线网所有端点的边界盒来估计线网拥挤度,并基于拥挤度均匀的目标把线网分配到不同层对上.该算法已经实现并进行了测试,实验结果证明了其有效性.     

基于线网分类的模拟电路自动布线器

提出一种基于线网分类的模拟电路自动布线方法,并设计实现了一种基于线网分类的模拟电路布线器NCARouter．基于模拟电路性能要求,布线器中的线网被分为关键线网、普通线网和电源／地线网3种类型．同时,模拟电路的性能约束被转化为线网的属性描述,包括几何约束（如对称）、电学约束（如匹配）、寄生参数描述等．此外,针对不同类型的线网,该布线器使用了不同的布线算法,以满足总体性能约束．实验结果表明,该布线器不仅能很好地完成布线,还能确保满足模拟电路各种性能要求．     

胚胎电子系统动态重构的设计与实现

胚胎电子系统是一种具有自诊断、自修复、自复制能力的仿生硬件;为实现胚胎电子系统的故障修复与硬件复用等功能,设计了支持动态重构的配置控制电路;该配置控制电路针对胚胎电子系统的结构特点,利用其自身的多页存储器,实现了基于多页存储器快速切换的动态重构,可以实现胚胎电子系统基于模块的功能切换与硬件资源的复用;仿真实验表明,配置数据可以在线的下载到配置存储器中,下载过程中不影响其它模块的正常运行,满足胚胎电子系统动态重构的需要。     

一种基于线网划分的并行FPGA布线算法

针对在现场可编程门阵列(FPGA)软件系统中大规模电路设计布线时间较长的问题,提出一种基于线网引脚位置划分且具有平台独立性的多线程FPGA布线算法。对高扇出线网采用将单根线网拆分成子线网并同时布线的方法,对低扇出线网采用选择若干位置不相交叠的线网进行同时布线的方法,给出线网边界框图的数据结构来缩短选择若干低扇出线网的时间,采取负载平衡机制和同步措施,分别提高布线效率和保证布线结果的确定性。实验结果证明,在Intel 4核处理器平台上,与单线程VPR算法相比,该并行算法的平均布线效率提高了90%,平均布线质量下降不超过2.3%,并能够得到确定的布线结果,在EDA方面具有重要的理论与实用价值。     

The research of self-repairing digital circuit based on embryonic cellular array

The properties of self-testing and self-repairing on chip are the ultimate objectives of digital circuit design. Inspiring from the reconfiguration characteristics similar to those found in biological cellular organisms, this paper presents a new digital circuit based on embryonic cellular array, which is capable of implementing self-repairing. The inner architecture and the self-repairing mechanism of this new circuit are expounded, and a design of cells in the array by LUT (look-up table) is particularized in detailed. Lastly, a parallel multiplication circuit is proposed as an example to show the effectiveness and the application of this design in terms of functionality and fault-tolerance.     

无人机自修复飞行控制系统研究综述

针对现代飞控系统作为无人机系统的核心之一，正朝着自修复方向发展的现状，总结了自修复飞行控制系统所涉及的故障检测与辨识、重构控制律、自修复飞行控制的仿真及试验等主要内容。分析了目前国内外自修复飞行控制系统的研究现状、技术水平，特别是自修复飞控系统的故障检测与诊断、控制律重构、仿真及试验研究等。指出了现存的问题及研究动态。分析表明，伴随着对智能控制不断深入的研究，智能自修复技术，包括智能故障诊断和智能重构控制律的设计，将是这一领域研究的方向。     

基于模糊神经Petri网的故障诊断模型

Petri网是对具有产生式规则的故障诊断系统的有力建模工具，但其缺乏较强的学习能力．本文以Petri网的基本定义为基础，结合模糊逻辑和Petri网模型，定义了模糊Petri网模型，在此基础上引入人工神经网络技术，给出了人工神经网络的模糊Petri网表示方法，并针对工程机械故障诊断异步、离散等特点，提出并建立了故障诊断的模糊神经Petri网模型及其改进模型．基于模糊神经Petri网的故障诊断系统结合了Petri网和人工神经网络的优点，经过自学习后同时具有很强的推理能力和自适应能力．     

Direct self-repairing control for a helicopter via quantum multi-model and disturbance observer

In this paper, a new direct self-repairing control scheme is developed for a helicopter flight control system with unknown actuator faults and external disturbance. The design of multi-model-based adaptive control is used to accommodate the faulty system under different fault conditions. By appropriate switching based on quantum information technique, the system can be converted to the best model and the corresponding controller. Asymptotic model following performance and system stability is guaranteed. A disturbance observer is introduced to observe the disturbance of the system, which can produce corresponding control signals according to the disturbance. The results including a numerical simulation and a semi-physical verification demonstrate the effectiveness of the proposed self-repairing control approach for the helicopter flight control system.     

基于神经网络和模糊逻辑的工业过程故障诊断与报警系统

用单一理论和方法对复杂系统进行故障诊断效果不太好.文章讨论了基于神经网络和模糊系统的故障诊断以及它们之间结合方式的特点,提出了一种保障工业生产安全可靠运行的有效方法:分级故障诊断算法 过程监控与报警,仿真并设计了基于工控网络的工业过程故障诊断与报警系统.研究表明基于径向基函数神经网络 模糊逻辑的算法具有较快的训练速度和较好的泛化能力,可识别多回路故障.     

基于直觉模糊Petri网的故障诊断

故障诊断经常受到多种不确定性和模糊性因素的影响,针对不确定性的故障诊断问题,利用直觉模糊集较好的表达不确定性信息的优势和Petri网较好的并行处理以及图形处理问题的能力,构建了直觉模糊Petri网模型。由于将直觉模糊推理转化为矩阵运算的过程中有非隶属度参数的参与,因此推理结果可提供更多的信息。根据实际故障诊断中的模糊推理问题,给出了带有权值、阈值等参数条件下新的直觉模糊推理算法。通过获取和处理故障诊断中的不确定性和模糊性的知识,该算法将故障诊断过程转化为利用直觉模糊Petri网的直觉模糊推理过程。实际燃气轮机故障诊断模型案例表明了所给直觉模糊推理算法的有效性。     

基于TMR-EHW的高可靠性电机控制系统

为提高恶劣环境中控制系统的可靠性,将三模块冗余（TMR）容错与演化硬件（EHW）自修复相结合,实现基于TMR—EHW结构的现场可编程门阵列电机控制系统。该系统利用TMR快速发现和定位故障,屏蔽出错模块并保持容错运行,利用EHW进行自修复,使出错模块恢复正常工作,系统可靠性得到提高。     

胚胎型仿生硬件结构容错机制与设计方法研究

介绍了一种新的仿生容错系统——胚胎型仿生硬件;它将FPGA设计成由电子细胞构成的二维胚胎阵列,使用电子细胞阵列模拟生物体多细胞结构,使硬件电路具有与生物细胞组织类似的自诊断和自修复特性;详细阐述了胚胎型仿生硬件的硬件结构、错误检测与自修复机制等关键技术,并以四位可控移位寄存器的设计为例说明了其系统设计方法;展望了仿生硬件的应用前景,指出了目前存在问题和进一步研究的重点.