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项目工程管理论文 一、仿生硬件容错研究现状 随着电路系统功能的复杂化传统的硬件容错技术越来越不能满足日益庞大的电路系统要求为了提高系统可靠性人们提出了动态地对故障进行自检测、自修复的要求并努力寻找新的容错设计方法研究人员从自然界得到灵感将自然计算（如进化计算胚胎理论等）引入到硬件设计中从而形成仿生硬件（BioinspiredHardware,BHW）仿生硬件的概念最初是由瑞士联邦工学院于1992年提出的虽然历史不长但其发展非常迅速现在已经成为国际上的研究热点之一仿生硬件早期也称为进化硬件（EvolvableHardware,EHW）A.Thompson等人较早提出了EHW应用于容错方面的想法仿生硬件是一种能根据外部环境的变化而自主地、动态地改变自身的结构和行为以适应其生存环境的硬件电路它可以像生物一样具有硬件自适应、自组织、自修复特性采用仿生硬件实现的容错不需要显式冗余而是利用进化本身固有容错的特性这种特性带来的优势是传统方法通过静态冗余实现容错所不能比拟的 二、仿生硬件的容错技术新思路 基于仿生硬件的容错研究对建立借鉴生物进化机制的硬件容错新理论、新模型和新方法提高硬件系统的可靠性具有至关重要的意义 （一）胚胎型仿生硬件的容错体系结构和容错原理 仿生硬件可以分为进化型和胚胎型其中胚胎型仿生硬件也称为胚胎电子系统是模仿生物的多细胞容错机制实现的硬件 胚胎型仿生硬件的容错体系结构主要由胚胎细胞、开关阵和线轨组成开关阵根据可编程连线的控制信号完成开关闭合控制线轨内各线段的使用胚胎细胞包含存储器、坐标发生器、I/O换向块、功能单元、直接连线、可编程连线、控制模块等存储器用于保存配置数据位串并根据细胞状态和坐标发生器计算出的结果从配置位串中提取一段经译码后对胚胎电子细胞的换向块和功能单元进行配置坐标发生器根据每个细胞最近两侧（左侧和下侧）邻居细胞的坐标为其分配坐标I/O换向块为细胞功能单元间的可编程连线提供控制信号功能单元用于实现一个n输入的布尔函数用于实现所需的细胞功能直接连线负责功能单元之间的相互通信可编程连线传递控制信号控制开关阵控制模块完成细胞的工作状态检测、故障诊断、控制细胞冗余切换 （二）胚胎型仿生硬件实现容错的策略 为了实现对故障细胞的容错常用的容错策略有两种：行（列）取消和细胞取消策略通过记录有错的单元位置重新布线用其他备用的单元来代替 但是对于连线资源故障这些策略并未给出相应的对策在深入研究胚胎仿生硬件容错体系结构的基础上本文提出一种针对线轨故障的容错策略 1.行（列）取消策略在行（列）取消中若一个细胞出错则它所在行（列）的所有细胞都将被取消而该行（列）细胞的功能将被其上一行（右一列）的细胞所代替即当一个细胞出错时细胞所在行（列）上移（右移）到一个备用行（备用列）来代替它当前的工作 2.细胞取消策略在细胞取消中用备用细胞代替故障细胞分两个阶段当某一行的出错细胞数超过备用细胞数时整行被取消行细胞上移用备用行取代出错行的功能 （三）胚胎型仿生硬件实现容错的流程 胚胎型仿生硬件容错的流程为： （1）根据设计需求选择器件确定硬件设计方案； （2）以电路结构及有关参数等作为染色体进行编码按照进化算法的进化模式对系统进行进化操作； （3）一