一种基于FPGA的新颖的高容错加法器的设计VIP免费

第32卷第2期2009年4月电子器件ChineseJourna1OfElectronDevicesVo1．32No．2Apr．2009NovelFault-TolerantAdderDesignBasingontheTripleModuleRedundancySystemYINLi—qun．YUANGuo—SUn(InstituteofMicroelatronicso,fChineseAcademy0，Sciences，Beijing100029，China)Abstract：WeproposeTOIRSOwhichisforresolvingtheCMFsintheTMRsystems．ComparingtotheconventionalTMRsystem，theinvalidrateofsystemreduces47．Andafulladderprototypehasbeendeveloped．Thefault—tolerantabilityoftheadderusingthiskindofful1adderiSenhanced．Becauseonefaulr—mahinghasonlyaneffestontheresnerofonebitandnoinfluencetotheotherbits．Keywords：integratedcircuitdesign；triplemoduleredundancy(TMR)；TOIRSO(ToleratingbyInvertedandRotateShiftedoperands)；commonmodefailures(CMFs)；fulladderEEACC：1265B一种基于FPGA的新颖的高容错加法器的设计*尹立群，袁国顺(中科院微电子研究所，北京100029)摘要：为了解决传统TMR结构的CMFs失效问题，根据加法器的结构特点提出了操作数循环移位及取反算法(TOIR—SO)。此方法相对于传统的TMR结构能够使TMR系统失效率降低47同时对逻辑运算的基本单元全加器进行了改进，改进后加法器中任何一个失效只能影响一位“和”结果而不会对其它位产生影响从而进一步提高了加法器的容错能力。关键词：集成电路设计；三模冗余设计；操作数循环移位及取反容错；同部件失效问题；全加器中图分类号：TN402；TP320．8文献标识码：A文章编号：1005—949O(2O09)O2．1)372-O4集成电路的可靠性问题己经成为目前VISI超大规模集成电路发展和应用中的重要考虑因素，随着航空、航天技术的应用以及军用、民用等复杂电子装备向微型化、高集成化、多功能化方向迅猛的发展，人们对超大规模集成电路的质量和可靠性提出了更加苛刻的要求，往往把可靠性提到了与技术性能同样重要的地位，而在某些领域，电路可靠性的重要性有时甚至超过了其性能和功能(例如航天领域)。通常，硬件的容错技术主要通过模块的冗余设计、在线测试或通过可恢复的纠错码实现。模块的冗余设计是高可靠性设计的首选也是最常用的方法_1≈]。硬件冗余有静态冗余，动态冗余和混合冗余之分。工作中全部装置都参与运行的冗余结构称为静态冗余。动态冗余是用无故障模块代替故障模块，对系统实现更新组合，故障模块修复后，还可重新投入到系统中去。静态冗余和动态冗余在一个系统中的混合使用就叫做混合冗余。从系统容错运行的角度来说，静态冗余结构比较单纯，不需要检测、诊断和恢复等功能就可满足容错的要求。带故障运行时不影响系统的速度，不需要切换。这对实时性很高的应用来说至关重要。三模冗余(TMR)是静态冗余最典型的例子。1TMR算法分析传统的TMR方法是将功能模块复制成三个相同的模块，最后在表决器中对三个模块输出的结果进行比较以达到提高系统可靠性的目的。但是这种收稿日期：2008—04—19作者简介：尹立群(1979一)，男，博士研究生，研究方向为超大规模集成电路设计，yinlq@casue．com．cn；袁国顺(1966一)，男，硕士，博士生导师，研究方向为超大规模集成电路设计，yuangs@casue．com．cn第2期尹立群，袁国顺：一种基于FPGA的新颖的高容错加法器的设计373TMR算法有其不足：①若采用TMR算法的模块为组合逻辑，当有两个模块出现不同的错误时，可能出现逻辑输出的结果是相同的从而无法分辨错误的模块[_l]。②TMR系统中三个模块制造工艺相同且工作在相同的温度、电压等环境下，因此常常会引发同部件失效问题，(commonmodefailuresCMFs)L7。例如对于采用了TMR方法的AIU单元，输人相同的数据若有两个模块的同一slice出现失效，那么表决器中会出现两个相同的错误结果从而输出错误的结果造成TMR系统失效，且这一问题会随着电路复杂性的提高而加剧。为了避免这些问题的发生_g，采用同功能异设计的方法。为了保证相同功能的模块的差异化设计文献ElO]对差异化设计的评测标准和综合方法进行了研究。差异化设计虽然可以弥补原TMR系统的不足，但是对同一模块进行差异化设计会增加设计的成本。本文提出的TO...