专利名称：一种面向可重构硬件的自主容错开关块的制作方法
技术领域：
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：
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。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，硬件资源利用率不尚ο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。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
技术问题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。技术方案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。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。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。所述的故障测试电路采用输入测试向量的方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。有益效果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。
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；图2是基本开关块结构示意图；图3是故障测试电路示意图；图4是开关块修复电路示意图；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；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。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明如图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controls输入通道和连线修复电路(#0 #3)。控制信号controls包括开关块测试向量和修复控制信号，其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。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(l:0) ( ‘χ’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η方向为例，5个多路器中除了 η方向的多路器之外，其他4个多路器的η方向输入端口用一根连线连接起来，当开关块从η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。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veden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，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。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(l: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_k= l，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。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_OUW2:0)为选择器配置数据，用于选择输出信号，信号s_ouW4:0)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^^1(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1~」11(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。正常工作时，在输出连线修复电路中，信号bypaSS_ouW2:0) =“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_0ut和bypassjn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。
权利要求
1.一种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。
全文摘要
本发明公开了一种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。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。
文档编号H03K19/003GK102522979SQ20111041115
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者张砦, 王友仁, 王敏, 袁鹏 申请人:南京航空航天大学