基于硬件演化的FPGA平台故障修复研究

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随着电子电路制造工艺的不断提升,相同面积的集成电路,器件布局布线密度变的更高,功能变得更加复杂。电路在一定环境条件如电磁辐射、温度、湿度下容易出现故障,仅仅依靠人工修复变得异常的困难。由于演化硬件电路具有自组织、自适应、自修复功能,本设计利用演化硬件自修复特征,在FPGA上搭建故障修复系统。  本文采用三模冗余技术与演化硬件理论相结合,解决电路中因部分模块容易发生故障,而导致整个系统不能正常运行或稳定性变差。三模冗余技术对易发故障模块备份,当发生故障时,冗余模块对故障暂时屏蔽同时输出正确的结果,从而提升电路容错能力。搭建冗余模块故障检测电路,对冗余模块故障定位。根据演化硬件理论,搭建演化修复系统对发生故障的冗余模块进行修复,避免造成冗余系统故障累积。冗余技术的引进,同时还解决了因电路演化需要消耗一定时间而带来的整体系统无法正常工作的问题。  本设计利用Xilinx FPGA搭建SOPC故障自修复系统,硬件演化电路采用HDL硬件描述语言搭建虚拟可重构电路;向虚拟可重构电路发送电路配置信息,搭建全加器电路,并依据全加器真值表验证了虚拟可重构电路搭建的正确性。通过对全加器和4-位奇偶校验器进行演化,对演化平台进行了验证,并对影响演化的因素进行了分析。当电路故障发生时,在处理器中运行遗传算法,便可根据电路期望输出和故障输出情况,控制硬件逐代演化出正确的电路,电路演化情况可以通过超级终端显示。
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