Методы и алгоритмы повышения отказоустойчивости программируемых логических интегральных схем на основе КМОП элементов с избыточным базисом

• Автор: Громов, Олег Александрович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 180 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Определения, обозначения и сокращения
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Анализ объекта исследования - программируемых логических интегральных схем и средств повышения их отказоустойчивости
1.1 Л Классификация программируемых логических интегральных схем
1.1.2 Архитектурные особенности различных типов ПЛИС
1.2 Анализ моделей отказов современных интегральных микросхем.
1.3 Методы и средства повышения отказоустойчивости программируемой логики
1.3.1 Методы, предлагаемые производителями ПЛИС
1.3.2 Современные подходы к повышению отказоустойчивости
1.3.3 Обзор методов повышения отказоустойчивости
1.4 Постановка задачи исследования
1.5 Выводы по главе
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДА СИНТЕЗА ЭЛЕМЕНТОВ С ИЗБЫТОЧНЫМ БАЗИСОМ, СОХРАНЯЮЩИХ ФУНКЦИОНАЛЬНУЮ ПОЛНОТУ ПРИ КРАТНЫХ ОТКАЗАХ
2.1 Разработка КМОП схемы классического ФПТ элемента
2.2 Разработка КМОП схемы двойственного ФПТ элемента
2.3 Разработка метода синтеза элементов сохраняющих функциональную полноту при кратных отказах
2.4 Моделирование предлагаемых схем ФПТ и двойственного ФПТ элементов
2.5 Сравнительный анализ элементов с избыточным базисом и классических базисов
2.6 Выводы по главе

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДА СИНТЕЗА ЭЛЕМЕНТОВ С ИЗБЫТОЧНЫМ БАЗИСОМ, СОХРАНЯЮЩИХ БАЗИСНУЮ БУЛЕВУ ФУНКЦИЮ ПРИ КРАТНЫХ ОТКАЗАХ
3.1 Разработка КМОП схемы элемента сохраняющего функцию при кратных отказах
3.2 Разработка КМОП схемы двойственного элемента сохраняющего функцию при кратных отказах
3.3 Разработка метода синтеза элементов сохраняющих функцию при кратных отказах
3.4 Моделирование схем КМОП элементов с избыточным базисом, сохраняющих вид функции
3.5 Сравнительный анализ элементов с избыточным базисом и классических базисов
3.6 Выводы по главе
4 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РЕКОНФИГУРАЦИИ ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
4.1 Разработка контрольных тестов для элементов с избыточным базисом
4.2 Разработка алгоритма диагностирования программируемых логических интегральных схем, допускающих перерывы в работе.
4.3 Разработка алгоритма диагностирования программируемых логических интегральных схем, не допускающих перерывы в работе
4.4 Разработка алгоритма реконфигурации программируемых логических интегральных схем
4.5 Разработка алгоритма поиска остаточного базиса крупнозернистых программируемых логических интегральных схем
4.6 Методика оптимизации структурной схемы надежности
4.7 Выводы по главе
5 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КМОП ЭЛЕМЕНТОВ С ИЗБЫТОЧНЫМ БАЗИСОМ
5.1 Оценка эффективности применения КМОП элементов с избыточным базисом в отказоустойчивых элементах памяти
5.2 Элементы с избыточным базисом в структуре конфигурируемых логических блоков программируемых логических интегральных схем

5.3 Оценка отказоустойчивости КМОП логических элементов, реализованных на различных ПЛИС
5.4 Оценка отказоустойчивости логических элементов в крупнозернистых ПЛИС
5.5 Разработка Марковской модели программируемой логической интегральной схемы на основе КМОП элементов с избыточным базисом
5.6 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение А
Приложение Б
Приложение В

неработоспособности устройства на определенном временном интервале. В случае применения решений способных осуществлять частичную реконфигурацию, имеется возможность нивелировать этот недостаток. То есть появляется возможность делить сложную систему на кластеры и отдельно проводить их диагностику, а если нужно, то и последующую реконфигурацию отказавшей части. При этом, ни коим образом не нарушится функционирование соседних кластеров. Таким образом, появляется возможность в пределах одной микросхемы создавать многоканальные структуры [58].
1.3.2 Современные подходы к повышению отказоустойчивости
Работы Хэмминга в 40-е годы XX века, послужили импульсом к развитию отказоустойчивости в цифровой схемотехнике [58]. Хэмминг применял помехоустойчивое кодирование и таким образом, использовал информационную избыточность. В дальнейшем Джон Фон Нейманн сформулировал принцип «надежных организмов из ненадежных компонентов» [59]. Большой вклад в развитие принципов отказоустойчивости внес А. Avizienis, который предложил методологию гарантоспособных вычислений [60,61].
Последние пару десятилетий опубликовано множество работ в области поиска методов и средств повышения отказоустойчивости. Так в работах Харченко B.C. сформулирована парадигма гарантосопособных систем [24,25], которая является продолжением работ A. Avizienis. Большое влияние в работах Харченко B.C. уделяется развитию принципов многоверси-онности при проектировании высоконадежных систем. Предлагается строить несколько версий одной и той же системы, причем предполагается, что над этими версиями будут работать разные группы разработчиков и будет использоваться разная элементная база. Вероятность того, что в разных версиях устройства будет допущена одна и та же ошибка чрезвычайно ма-