可重构计算单元的可靠性研究

发布时间：2023-06-02 22:14

　　可重构计算采用特殊的结构设计具有通用处理器的灵活性和专用集成电路的高效性,常常被应用于多媒体数据处理、数据变换处理、模式识别等高性能计算领域。随着半导体制造工艺的不断减小,电子器件的稳定性大幅度下降。在航空航天领域各种高能粒子使电子器件容易发生单粒子翻转(Single Event Upset,SEU)。在目前异构多核计算系统中,可重构计算单元作为系统中重要的运算单元,没有对SEU问题进行合理的容错加固,其可靠性无法得到保障。针对这一问题,本文对系统中现有可重构计算单元展开了可靠性研究,主要工作如下:首先,结合可重构计算单元的结构特征及功能作用,分别对不同模块采用不同容错方案。控制层资源消耗少、逻辑复杂采用三模冗余方案;运算层存在运算资源冗余采用双模冗余方案;存储层中存储资源采用信息冗余,逻辑资源采用三模冗余方案。然后,对可重构计算单元的容错方案进行具体设计实现。对控制层采用三模表决设计并改动多个控制模块;对运算层中的比较器进行设计和对执行部件内部进行改动实现了相关性数据流运算的优化回卷;使用汉明码对存储器件进行加固存储,对控制逻辑进行了三模冗余加固设计。最后,按照可靠性设计原则完成可重...

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及研究意义
    1.2 可重构计算的研究发展
    1.3 容错理论及研究现状
    1.4 课题来源
    1.5 研究内容和组织结构
第二章 针对SEU故障的容错方法
    2.1 SEU介绍
    2.2 硬件冗余容错
        2.2.1 三模冗余技术
        2.2.2 双模冗余技术
        2.2.3 多模冗余技术
    2.3 时间冗余技术
    2.4 信息冗余技术
        2.4.1 奇偶校验码
        2.4.2 汉明码纠错校验
        2.4.3 其他检错纠错码
    2.5 本章小结
第三章 可重构计算单元的容错方案
    3.1 当前系统介绍
        3.1.1 主控模块
        3.1.2 通讯模块
        3.1.3 存储模块
        3.1.4 计算模块
        3.1.5 接口模块
    3.2 可重构计算单元介绍
        3.2.1 可重构计算单元的结构
        3.2.2 可重构计算单元功能
        3.2.3 可重构计算单元的运算模式
    3.3 可重构计算单元的容错难点
    3.4 可重构计算单元的目标容错
        3.4.1 控制层的目标容错
        3.4.2 运算层的目标容错
        3.4.3 存储层的目标容错
    3.5 可重构计算单元容错方案总结
    3.6 本章小结
第四章 可重构计算单元容错方案的设计和实现
    4.1 可重构计算单元的整体容错系统
    4.2 可重构计算单元的容错工作流程
    4.3 控制层的容错设计
        4.3.1 表决器设计
        4.3.2 运算控制模块改动
        4.3.3 地址生成模块改动
        4.3.4 控制状态机模块改动
    4.4 运算层的容错设计
        4.4.1 比较器的设计
        4.4.2 特定运算类型的优化回卷
    4.5 存储层的容错设计
        4.5.1 数据存储模块的容错设计
        4.5.2 交叉互联的容错设计
    4.6 本章小结
第五章 测试实验与结果分析
    5.1 可重构计算单元结构测试
        5.1.1 控制层结构测试
        5.1.2 运算层结构测试
        5.1.3 存储层结构测试
    5.2 可重构计算单元功能测试
    5.3 可重构计算单元的可靠性测试
    5.4 可重构计算单元的性能测试
        5.4.1 基本向量性能测试
        5.4.2 相关性向量运算性能测试
        5.4.3 复杂算法运算的性能测试
    5.5 面积和资源开销测评
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要工作总结
    6.2 后续研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况



本文编号：3828119