胚胎型仿生硬件細(xì)胞電路設(shè)計(jì)與自修復(fù)方法研究.pdf

1、胚胎型仿生硬件借用分子生物學(xué)概念，汲取多細(xì)胞生物體的胚胎發(fā)育過程的靈感，使得硬件電路也能具有類似于多生物體的自檢測、自修復(fù)能力。胚胎型仿生硬件由均勻的二維電子細(xì)胞陣列組成，該陣列也稱為胚胎陣列。在胚胎陣列上可以實(shí)現(xiàn)任意數(shù)字邏輯功能。本文主要研究和改進(jìn)了胚胎陣列的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了兩種細(xì)胞電路；研究了胚胎型仿生硬件的自修復(fù)方法并設(shè)計(jì)了基于擴(kuò)展海明碼糾錯(cuò)的存儲(chǔ)器自修復(fù)電路。 本文首先介紹了胚胎型仿生硬件的研究背景和基本原理，總結(jié)了課題的國

2、內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景；在分析了胚胎陣列的體系結(jié)構(gòu)和重構(gòu)原理之后，設(shè)計(jì)了兩種基于查找表（LUT）的細(xì)胞電路：一種適用于設(shè)計(jì)定制數(shù)字邏輯電路；一種類似于FPGA的通用陣列電路；并針對目前胚胎陣列在布局布線上的沖突提出了陣列改進(jìn)方案。其次，本文討論了胚胎型仿生硬件的兩層自修復(fù)機(jī)制；分析了現(xiàn)有細(xì)胞各模塊的自檢測和自修復(fù)原理；詳細(xì)闡述了如何將擴(kuò)展海明碼應(yīng)用于細(xì)胞存儲(chǔ)器在線自修復(fù)電路中；分別設(shè)計(jì)了針對兩種細(xì)胞電路的存儲(chǔ)器自修復(fù)電路。最后，以4×4

3、平行乘法器和串行數(shù)據(jù)檢測器為例，分別驗(yàn)證了兩種細(xì)胞電路所組成的胚胎陣列的功能及其自修復(fù)能力；通過在兩種細(xì)胞電路中添加存儲(chǔ)器自修復(fù)電路，驗(yàn)證了胚胎型仿生硬件的兩層自修復(fù)機(jī)制。 仿真結(jié)果證明：（1）在分別由兩種細(xì)胞電路所組成的胚胎陣列上均能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的數(shù)字邏輯功能，并能夠通過重構(gòu)實(shí)現(xiàn)陣列級(jí)自修復(fù)；（2）改進(jìn)的胚胎陣列結(jié)構(gòu)從一定程度上解決了陣列設(shè)計(jì)中的布局布線問題；（3）基于擴(kuò)展海明碼的存儲(chǔ)器自修復(fù)電路能夠有效的實(shí)現(xiàn)細(xì)胞中存儲(chǔ)器的在線