一种基于移位寄存器的双备份自修复配置存储器及其自修复方法技术

本发明专利技术公开了一种基于移位寄存器的双备份自修复配置存储器及其自修复方法，该配置存储器电路设计应用于分布式细胞阵列结构数字电路。配置存储器电路主要包括两个移位寄存器组(SR0、SR1)和细胞寄存器(CR)及相应的控制开关构成，由细胞内的控制模块发出信号控制。SR0和SR1分别备份左侧细胞和当前细胞的配置数据，CR中存储着当前细胞工作的配置数据。配置存储器通过并行移位的方式传递配置数据，采用奇偶校验检测配置数据故障，使用动态重配置的方式修复故障。

A Double Backup Self-repairing Configuration Memory Based on Shift Register and Its Self-repairing Method

【技术实现步骤摘要】
一种基于移位寄存器的双备份自修复配置存储器及其自修复方法
本专利技术涉及一种应用于分布式细胞阵列结构数字电路的双备份自修复配置存储器及其自修复方法，属于仿生自修复可重构硬件设计

技术介绍
随着电子技术的不断发展，数字电路芯片应用越来越广泛。恶劣环境下工作的芯片对可靠性要求越来越高，尤其是工作在航空航天领域的电子系统，由于人工维修困难，系统故障成本高昂，所以对可靠性的要求更高。分布式细胞阵列结构数字电路，简称细胞阵列电路，是一种分布式自修复能力的可重构数字电路，由多个基本单元组成的二维细胞阵列电路。这种基本单元叫做细胞，一般细胞中包含的模块有：控制模块，配置存储器，功能模块和连接块。配置存储器是电子细胞单元中存储配置数据(类似生物体的基因)的电路模块，控制细胞间互连和细胞功能，配置数据可靠是电路正常工作的前提。目前，保证配置数据可靠的方法是冗余存储，将细胞配置数据大量备份，用数据冗余掩盖寄存器硬件故障，但由于可重构硬件中配置信息所需硬件消耗本来就大，因此，配置存储器硬件消耗占细胞阵列电路硬件消耗的比例很高，配置存储器电路简化和自修复设计是细胞阵列电路研究需要迫切解决的问题。目前研究的主要方向成果是配置数据简化，缺乏配置存储器自身故障的修复方法，往往认为配置存储器中备份有所替代细胞的配置数据就可靠，但若备份该配置数据的寄存器故障，则配置数据出错，将导致细胞阵列无法修复。细胞阵列电路中电子细胞内配置存储器的结构主要有全配置数据备份存储、部分配置数据备份存储和相关配置数据备份存储三种。三种结构中，部分配置数据备份存储结构是研究的主流方向，但都没有解决如何修复备份当前工作配置数据的寄存器故障的问题。配置存储器作为细胞阵列电路中关键模块，其可靠性设计非常迫切。
技术实现思路
专利技术目的：在简化配置存储器中备份的配置数据数目的同时，注重实现配置存储器本身硬件的自修复，提高配置存储器的可靠性。为实现上述目的，本专利技术通过以下的技术方案来实现：一种基于移位寄存器的双备份自修复配置存储器，应用于细胞阵列电路中，该细胞阵列电路中的每个细胞结构相同，包括：控制模块、配置存储器、功能模块和连接块，同行相邻细胞的配置存储器相连构成链状结构，左侧细胞配置存储器的输出与右侧细胞配置存储器的输入相连接，每一行细胞末尾细胞与相邻上一行细胞首细胞相连，整个细胞阵列组成一个完整的移位链条，所述配置存储器包括移位寄存器组和细胞寄存器CR，所述移位寄存器组在选择信号的控制下备份左侧细胞配置数据和当前细胞配置数据，所述细胞寄存器CR用于保存当前细胞配置数据；采用移位寄存器的方式传递细胞配置数据。进一步的，所述移位寄存器组包括移位寄存器SR0和移位寄存器SR1，所述移位寄存器SR0的串行输入和移位寄存器SR1的串行输入分别由选择信号M1和选择信号M2来控制，当M1＝1时，移位寄存器SR0写入左侧细胞配置数据，为左侧备份寄存器；当M1＝0时，移位寄存器SR0首尾相接，自身配置数据循环移位，为当前细胞备份寄存器，此时配置存储器的串行输出由此移位寄存器SR0输出；当M2＝1时，移位寄存器SR1写入左侧细胞配置数据，为左侧备份寄存器；当M2＝0时，移位寄存器SR1首尾相接，自身配置数据循环移位，为当前细胞备份寄存器，此时配置存储器的串行输出由此移位寄存器SR1输出；移位寄存器SR0和移位寄存器SR1的并行输出数据由经过选择信号M1控制的选择开关后连接细胞寄存器CR的输入，该细胞寄存器CR由控制信号LOAD控制加载；所述细胞寄存器CR的并行输出连接功能模块和连接块。本专利技术的移位寄存器SR0与移位寄存器SR1用来传递和备份配置数据，其改变不影响细胞功能实现。配置数据的加载不影响细胞阵列的当前功能，即可以实现细胞阵列功能动态重构。进一步的，引入信号bypass表示当前细胞状态，当当信号bypass＝1时，表示细胞处于空闲状态或者透明状态，此时配置存储器输出直接与输入相连，只输入数据，配置存储器不加入移位链条中；当信号bypass＝0时，表示细胞处于工作状态，配置存储器加入移位链条中。进一步的，所述移位寄存器SR0、移位寄存器SR1和细胞寄存器CR中存储配置数据及其校验位；所述配置存储器还包括奇偶校验码自测试模块，用于检测配置数据故障；控制模块接收到故障信号后控制配置存储器状态变化。本专利技术还公开了基于一种基于移位寄存器的双备份自修复配置存储器的配置存储器自修复方法，采用奇偶校验检测配置数据故障，结合配置存储器自愈策略，修复配置存储器里全部瞬时故障和部分不影响当前系统功能的永久故障。具体为：当细胞阵列正常工作时，若备份左侧细胞配置数据的移位寄存器检测到故障，触发配置存储器重配置自修复，故障细胞向左侧细胞发出信号，左侧细胞中的备份当前细胞配置数据的移位寄存器向当前细胞中的故障移位寄存器重新写入配置数据，进行瞬时故障修复；重配置自修复期间细胞工作正常；若修复后仍检测到故障，则认为发生永久故障，将触发配置存储器整体移除自修复；当细胞阵列正常工作时，若备份当前细胞配置数据的移位寄存器检测到故障，直接透明整个细胞，并向右侧细胞发出移位信号，右侧细胞接收到移位信号后，将用备份左侧细胞的配置数据配置加载到细胞寄存器CR中，完成配置存储器整体移除自修复。被移除的故障细胞，其中的移位寄存器组仍然备份左侧细胞的配置数据，在下一次左侧细胞发生故障时，将对该细胞进行一次重利用，若仍然检测出故障，再移除。这种操作不仅能够修复配置存储器所有瞬时故障(当前细胞备份移位寄存器组的瞬时故障)，还能屏蔽部分不影响当前系统功能的永久故障。有益效果：本专利技术公开了基于移位寄存器的双备份配置存储器自修复设计，该配置存储器电路设计应用于分布式细胞阵列结构数字电路。配置存储器电路主要包括两个移位寄存器组(SR0、SR1)和细胞寄存器(CR)及相应的控制开关构成，由细胞内的控制模块发出信号控制。SR0和SR1分别备份左侧细胞和当前细胞的配置数据，CR中存储着当前细胞工作的配置数据。配置存储器通过并行移位的方式传递配置数据，采用奇偶校验检测配置数据故障，使用动态重配置的方式修复故障。本专利技术的双备份配置存储器电路不仅能够简化配置信息存储量，通过配置数据的细胞间动态传递，还能够修复配置存储器中硬件电路的全部瞬时故障和部分不影响当前系统功能的永久故障。本专利技术的配置存储器保存配置信息数目少，占用硬件资源少，且可靠性较高，自修复时间消耗短。附图说明图1是细胞阵列结构中配置存储器的连接结构图；图2是配置存储器结构图；图3是配置存储器自测试电路结构图；图4是配置存储器功能仿真波形图。具体实施方式下面结合附图进一步阐述该专利技术方法。图1是细胞阵列结构中配置存储器连接示意图。在细胞阵列电路中，每个细胞的结构相同，同行相邻细胞的配置存储器相连构成链状结构。左侧细胞配置存储器的输出与右侧细胞配置存储器的输入相连接。每一行细胞末尾细胞与相邻上一行细胞首细胞相连。整个细胞阵列组成一个完整的移位链条。图一是以一行三个细胞为例说明配置存储器的连接关系。配置存储器中配置数据的传递采用串行传输的形式。在初始化配置时，由配置电路控制细胞从外部ROM读取配置数据到细胞中；在细胞正常工作时，根据细胞故障信号的产生传递配置数据。本文设计的配置存储器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于移位寄存器的双备份自修复配置存储器，应用于细胞阵列电路中，该细胞阵列电路中的每个细胞结构相同，包括：控制模块、配置存储器、功能模块和连接块，同行相邻细胞的配置存储器相连构成链状结构，左侧细胞配置存储器的输出与右侧细胞配置存储器的输入相连接，每一行细胞末尾细胞与相邻上一行细胞首细胞相连，整个细胞阵列组成一个完整的移位链条，其特征在于：所述配置存储器包括移位寄存器组和细胞寄存器CR，所述移位寄存器组在选择信号的控制下备份左侧细胞配置数据和当前细胞配置数据，所述细胞寄存器CR用于保存当前细胞配置数据；采用移位寄存器的方式传递细胞配置数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于移位寄存器的双备份自修复配置存储器，应用于细胞阵列电路中，该细胞阵列电路中的每个细胞结构相同，包括：控制模块、配置存储器、功能模块和连接块，同行相邻细胞的配置存储器相连构成链状结构，左侧细胞配置存储器的输出与右侧细胞配置存储器的输入相连接，每一行细胞末尾细胞与相邻上一行细胞首细胞相连，整个细胞阵列组成一个完整的移位链条，其特征在于：所述配置存储器包括移位寄存器组和细胞寄存器CR，所述移位寄存器组在选择信号的控制下备份左侧细胞配置数据和当前细胞配置数据，所述细胞寄存器CR用于保存当前细胞配置数据；采用移位寄存器的方式传递细胞配置数据。2.根据权利要求1所述的一种基于移位寄存器的双备份自修复配置存储器，其特征在于：所述移位寄存器组包括移位寄存器SR0和移位寄存器SR1，所述移位寄存器SR0的串行输入和移位寄存器SR1的串行输入分别由选择信号M1和选择信号M2来控制，当M1＝1时，移位寄存器SR0写入左侧细胞配置数据，为左侧备份寄存器；当M1＝0时，移位寄存器SR0首尾相接，自身配置数据循环移位，为当前细胞备份寄存器，此时配置存储器的串行输出由此移位寄存器SR0输出；当M2＝1时，移位寄存器SR1写入左侧细胞配置数据，为左侧备份寄存器；当M2＝0时，移位寄存器SR1首尾相接，自身配置数据循环移位，为当前细胞备份寄存器，此时配置存储器的串行输出由此移位寄存器SR1输出；移位寄存器SR0和移位寄存器SR1的并行输出数据由经过选择信号M1控制的选择开关后连接细胞寄存器CR的输入，该细胞寄存器CR由控制信号LOAD控制加载；所述细胞寄存器CR的并行输出连接功能模块和连接块。3.根据权利要求2所述的一种基于移位寄存器的双备份自修复配置存储器，其特征在于：引入信号bypass表示当前细胞状态，当信号by...

【专利技术属性】
技术研发人员：张砦，邱尧，刘燕，袁霄亮，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32