邏輯電路軟錯誤可靠性評估方法研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、超大規(guī)模集成(Very Large-Scale Integrated,VLSI)電路技術(shù)是現(xiàn)代電子信息技術(shù)的重要組成部分,對科學(xué)技術(shù)、國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的發(fā)展起著巨大的推動作用。隨著深亞微米及納米工藝的應(yīng)用,芯片的集成度不斷提高,設(shè)計對輻射越來越敏感。因高能粒子轟擊而引發(fā)的軟錯誤嚴(yán)重影響電路的可靠性。準(zhǔn)確評估軟錯誤影響下邏輯電路的可靠性能有效指導(dǎo)容錯設(shè)計,是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同關(guān)注的研究熱點。
  本文以受軟錯誤影響的邏輯電路為研究

2、對象,從可靠性的基本理論出發(fā),結(jié)合對信號概率和電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析,研究高效的組合邏輯電路和時序邏輯電路軟錯誤可靠性評估方法。這些評估方法能用于準(zhǔn)確計算大規(guī)模甚至超大規(guī)模電路的可靠度,并能用于定位電路中對軟錯誤敏感的邏輯單元。本文創(chuàng)新性的主要工作有:
  (1)針對概率門故障模型,提出了一種基于節(jié)點信號取值概率的組合邏輯電路軟錯誤可靠度計算方法。通過計算在給定輸入向量的激勵下,組合電路從原始輸入至原始輸出所有節(jié)點信號的取值概率,并結(jié)

3、合故障模擬,分析電路受軟錯誤影響時的可靠性。相比使用概率轉(zhuǎn)移矩陣運算和電路劃分的思想,本方法能夠簡單快速而又準(zhǔn)確的計算組合電路在某個特定向量激勵下的條件可靠度或若干隨機向量激勵下的平均可靠度,且在時間與空間開銷方面都具有一定的優(yōu)勢,能適用于大規(guī)模組合電路受軟錯誤影響時的可靠性評估。
  (2)邏輯電路中節(jié)點信號的相關(guān)性問題是影響電路信號邏輯值計算的一個主要因素。為了減小計算偏差,使軟錯誤影響下邏輯電路的可靠性評估更準(zhǔn)確,提出了一種

4、精確計算邏輯電路信號概率的方法,利用概率公式和多項式運算,采用降階變換的方式消除信號的相關(guān)性影響,能得到電路在任何輸入向量激勵下的輸出信號取值概率,在此基礎(chǔ)上結(jié)合隨機加載輸入激勵的方式計算電路可靠度。相比已有的方法,本方法能在較短的時間內(nèi)更準(zhǔn)確的計算出邏輯電路可靠度,可用于中大規(guī)模電路的可靠度評估。
  (3)提出了一種利用概率統(tǒng)計模型計算邏輯電路可靠度上下限值的方法。本方法視電路中的每個邏輯門是否正常輸出為一次隨機事件,將電路可

5、靠度分解為一系列條件概率與特定系數(shù)的乘積之和,再利用伯努利分布的特性計算各階分量系數(shù),并在1階分量基礎(chǔ)上得到電路可靠度的上下限值。理論分析和模擬實驗結(jié)果都表明本方法準(zhǔn)確可行。
  (4)建立了時序電路軟錯誤可靠性評估模型,并提出了一種基于差錯傳播概率矩陣的時序電路軟錯誤可靠性評估方法。該方法同時考慮了邏輯門和觸發(fā)器受軟錯誤的影響,分別將這兩種邏輯單元對差錯的傳播概率用四種差錯傳播概率矩陣表示,利用自定義的矩陣并積運算計算時序電路的

6、差錯傳播概率,再結(jié)合伯努利分布的特點評估時序電路工作在多個時鐘周期下的可靠性。用ISCAS'89基準(zhǔn)電路為對象進(jìn)行模擬實驗,結(jié)果表明所提方法相比現(xiàn)有的時序電路可靠性評估方法具備一定的優(yōu)勢。
  (5)除了評估軟錯誤對邏輯電路可靠性造成的影響外,準(zhǔn)確分析電路單元的軟錯誤敏感性也是容錯設(shè)計的重要一環(huán)。提出評價時序電路邏輯單元軟錯誤敏感性的方法,詳細(xì)分析了在多時鐘周期內(nèi),邏輯門和觸發(fā)器自身出現(xiàn)差錯后對整個電路發(fā)生故障與否造成的影響。通過

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