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可重构硬件内建自测试与容错机制研究

仪器仪表学报 2011年第4期32卷 856-862页

作者：郝国锋王友仁张砦孙川南京航空航天大学自动化学院南京210016

传统可重构硬件自测试方法复杂,容错时资源利用率低,且往往需要额外的软件配合处理器来实现。为此,设计了一种具有自测试与自主容错能力的新型可重构硬件结构。对于故障自测试,提出了能在线执行的自主循环测试方法;对于硬件容错,提出了... 详细信息

传统可重构硬件自测试方法复杂,容错时资源利用率低,且往往需要额外的软件配合处理器来实现。为此,设计了一种具有自测试与自主容错能力的新型可重构硬件结构。对于故障自测试,提出了能在线执行的自主循环测试方法;对于硬件容错,提出了分层自主容错机制:在功能细胞单元内测试到逻辑故障时,先用功能细胞单元内部的空闲基本逻辑单元替代故障基本逻辑单元;当没有空闲基本逻辑单元时,则将整个故障功能细胞单元的功能重配置到距其最近的空闲功能细胞单元中,实现两层容错。以6×6并行乘法器为例,验证了新型可重构阵列能够降低容错时间复杂度并提高冗余资源利用率。

关键词：数字电子系统可重构硬件细胞单元阵列自主容错内建自测试并行乘法器

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基于可重构硬件的算法融合道路检测方法

光电工程 2006年第2期33卷 132-137页

作者：王永明王友仁姚睿张砦南京航空航天大学自动化学院江苏南京210016

针对传统道路检测算法难以保证在各种道路环境下都有很好的检测性能,提出了双层算法融合的道路检测方法,设计了基于可重构硬件的道路检测系统,给出了衡量道路边缘检测效果的道路检测算法评估条件。试验结果表明,该方法具有检测性能佳、... 详细信息

针对传统道路检测算法难以保证在各种道路环境下都有很好的检测性能,提出了双层算法融合的道路检测方法,设计了基于可重构硬件的道路检测系统,给出了衡量道路边缘检测效果的道路检测算法评估条件。试验结果表明,该方法具有检测性能佳、鲁棒性好、处理速度快、自适应性强等优点,具有较大的实用价值。

关键词：智能车辆视觉道路检测算法融合可重构硬件自适应

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可重构硬件容错技术研究

可重构硬件容错技术研究

作者：张宇南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,数字系统已深入人类社会的每个角落,数字系统的可靠性和容错性越来越受到人们的重视。可重构硬件和可重构技术的出现,为电子系统的容错设计提供了更灵活的方法和平台,可重构硬件容错技术研究对于高可靠性系统设计领域具... 详细信息

随着科技的发展,数字系统已深入人类社会的每个角落,数字系统的可靠性和容错性越来越受到人们的重视。可重构硬件和可重构技术的出现,为电子系统的容错设计提供了更灵活的方法和平台,可重构硬件容错技术研究对于高可靠性系统设计领域具有重要的意义。本文的核心工作就是可重构硬件的容错电路设计以及具有自主容错特性的新型可重构硬件结构设计。本论文的主要工作有:(1)针对可重构硬件容错重布线时间开销大、外部计算复杂等问题,本文给出了用于可重构硬件容错重布线的硬件辅助布线电路设计方案,该电路结构由二维的辅助布线模块构成,每个辅助布线模块可以读取并修改所在可重构单元的可编程开关配置数据。可重构硬件容错过程中,硬件辅助布线电路代替外部软件执行故障线网的取消和线网重布线工作。实验证明该布线电路可以有效地解决多种布线问题,并且可以有效地加快可重构硬件容错过程中故障线网取消和被取消线网的重布线工作。(2)本文设计了一种具有自主容错能力的自重构单元阵列,该阵列电路具有故障自诊断和自修复能力。故障产生后,单元阵列通过自主地重新布局故障单元功能和重新布线实现故障自修复。以4位并行乘法器和4位的串-并行乘法器为例,验证了自重构单元阵列的基本功能和故障自修复能力,并通过可靠性的分析与对比,说明了具有自主容错特性的自重构单元阵列较仿生型胚胎电子阵列在可靠性和资源利用率等方面的优势。

关键词：可重构硬件数字系统硬件容错硬件辅助布线自重构自修复

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可重构硬件自诊断与自修复技术研究

可重构硬件自诊断与自修复技术研究

作者：郝国锋南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着集成电路技术飞速发展,数字电子系统集成度和复杂度大幅提高,在生命周期内出现故障的概率也随之增大。当前,高度集成的数字电子系统广泛应用在各个领域,尤其是应用在恶劣环境难于人工维护的关键系统中时,对数字电子系统的可靠性提... 详细信息

随着集成电路技术飞速发展,数字电子系统集成度和复杂度大幅提高,在生命周期内出现故障的概率也随之增大。当前,高度集成的数字电子系统广泛应用在各个领域,尤其是应用在恶劣环境难于人工维护的关键系统中时,对数字电子系统的可靠性提出更高要求。可重构硬件的结构特点为构建高可靠的数字电子系统提供了更加灵活的方法,可重构硬件自诊断与自修复技术研究在高可靠数字系统设计领域具有重要意义。本文研究可重构硬件内建自诊断与自修复技术,主要研究工作包括:(1)针对传统可重构硬件互连资源的自诊断与自修复需要外部控制、难以在线实现和硬件资源开销大等问题,本文给出了用于可重构硬件互连资源在线自诊断与自修复的电路结构设计方案。在设计的电路基础上,提出了初步诊断和精确定位两个过程相结合的互连资源自诊断方法。首先,通过初步诊断过程判断通路是否存在互连故障;其次,通过精确定位过程精确定位故障的具体位置;提出了绕过故障多路器和故障线移位的互连资源故障自修复方法。通过实验证明了该自诊断与自修复方法能提高互连资源容错能力,并且减小了资源开销。(2)针对当前可重构硬件可配置逻辑块的在线自诊断与自修复方法实现过程复杂、时间和硬件资源开销大等问题,本文设计了具有自诊断能力的可配置逻辑块。提出了逻辑块内部的在线循环自诊断方法;改进了二模冗余电路结构,通过重配置可配置逻辑层实现故障自修复,该方法在没有增加硬件开销的同时增加了自修复能力。通过实验证明了该自诊断与自修复方法易于实现,并且大大降低了时间开销和硬件资源开销。(3)以实际电路为例在本文所设计的可重构硬件上实现功能映射,应用Modelsim软件进行布局布线后的仿真;研制开发了可重构硬件验证实验板,实验板的核心FPGA芯片采用了Xilinx公司的XC2S200-5PQG208C,把设计的电路下载到实验板中测试,验证了设计的可行性与正确性。本论文的研究工作受国家自然科学基金(60871009)、航空科学基金(2009ZD52045)和南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目(NS2010086)的资助。

关键词：数字电子系统可重构硬件容错技术互连资源可配置逻辑块内建自诊断在线自修复

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一种KNN算法的可重构硬件加速器设计

计算机应用研究 2014年第12期31卷 3628-3631页

作者：柴志雷阳文敏江南大学物联网工程学院江苏无锡214122

设计并实现了一种可快速运算基于哈尔小波变换的KNN(K nearest neighbors)算法且具备可重构能力的硬件结构。该硬件结构通过增减哈尔小波变换组件即可适应不同维度样本的哈尔小波变换;对同样维度样本的计算则可以通过调整并行度满足对... 详细信息

设计并实现了一种可快速运算基于哈尔小波变换的KNN(K nearest neighbors)算法且具备可重构能力的硬件结构。该硬件结构通过增减哈尔小波变换组件即可适应不同维度样本的哈尔小波变换;对同样维度样本的计算则可以通过调整并行度满足对逻辑资源和处理时间的不同需求,克服了现有软件KNN计算速度慢、硬件实现的KNN不够灵活的缺陷。通过在Xilinx VC707 FPGA开发板上实现该硬件结构,实验结果展示了不同维度及并行度下算法实现在逻辑资源耗费及运算时间方面的变化。此外,将该硬件结构作为一种高质量轮廓提取算法硬件加速器的纹理分类模块时,在保持计算准确度的情况下获得了远高于软件运行的速度。

关键词： K近邻算法现场可编程门阵列可重构硬件并行计算

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基于可重构硬件的公钥密码算法实现研究

基于可重构硬件的公钥密码算法实现研究

作者：文明南京航空航天大学

学位级别：硕士

目前以高密度FPGA为基础的可重构计算发展迅速,它结合了基于微处理器的软件灵活适应性和专用ASIC硬件处理的高效性,已经在信息处理领域取得了广泛的应用。现代信息安全的核心是密码算法,本文主要研究了RSA和椭圆曲线密码ECC这两种典型... 详细信息

目前以高密度FPGA为基础的可重构计算发展迅速,它结合了基于微处理器的软件灵活适应性和专用ASIC硬件处理的高效性,已经在信息处理领域取得了广泛的应用。现代信息安全的核心是密码算法,本文主要研究了RSA和椭圆曲线密码ECC这两种典型的公钥密码算法的可重构硬件设计。本文的主要研究工作包括:(1)分析了RSA和ECC算法,探讨了算法硬件实现的关键技术;(2)针对密码算法的处理具有较高的运算强度和计算复杂度的特点,设计了阵列处理结构,实现核心运算算法到计算结构的空间映射,通过构成阵列、并行流水线式的处理结构,匹配密码算法的运算模式,力求达到算法与硬件处理结构的最佳匹配。实验结果表明可以获得较高的并行处理能力和计算效率;(3)本文提出了一种具有可配置性的RSA密码系统的详细设计方案并详细设计了各个功能模块;采用改进的Montgomery模乘算法,实现了模位数为64,128,256,512位的数据加密;系统可以支持不同的模位数,密钥长度和加解密速度,可以适应不同的应用要求;(4)研究了有限域GP(2m)上的ECC核心运算模块:有限域上的模乘、模除运算以及群运算层上的快速点乘算法;并将核心子算法在可重构硬件上映射实现。分析和验证结果表明ECC设计功能正确;(5)基于可重构硬件实验平台设计实现了RSA和ECC公钥密码硬件加解密系统,并从加解密结果,运算所需的时钟频率和速度,以及硬件资源情况,对系统性能进行了评估。

关键词：公钥密码 RSA 椭圆曲线密码模运算可重构硬件阵列处理结构

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可重构硬件实现K-means聚类算法研究

可重构硬件实现K-means聚类算法研究

2005年中国智能自动化会议

作者：张华李道煜于忠清董强青岛大学信息工程学院

本文首先简单介绍了聚类算法,引出k-means聚类并给出其定义。然后剖析了k-means聚类的软件实现算法,并依据可重构硬件的特点,分析得出k-means聚类由硬件实现时的算法转换,并结合实验结果对不同情况进行分析比较。随后指出了由可重构硬... 详细信息

本文首先简单介绍了聚类算法,引出k-means聚类并给出其定义。然后剖析了k-means聚类的软件实现算法,并依据可重构硬件的特点,分析得出k-means聚类由硬件实现时的算法转换,并结合实验结果对不同情况进行分析比较。随后指出了由可重构硬件实现的k-means聚类的优点。最后,对未来的发展趋势作出预测。

关键词： k-means聚类欧几里德距离聚簇聚簇中心可重构硬件 FPGA

来源： cnki会议评论

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面向深空探测的可重构硬件分类技术研究

面向深空探测的可重构硬件分类技术研究

中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会

作者：李杰周璇范圣海辛明瑞中国空间技术研究院第五一三研究所

由于对硬件系统的任务适应性和环境适应性的要求越来越高,可重构硬件将在深空探测中扮演重要角色。针对目前可重构硬件的分类主要根据硬件实现所采用的技术,不利于进行横向比较的不足,提出一种从硬件的行为、结构及自适应三方面考虑的... 详细信息

由于对硬件系统的任务适应性和环境适应性的要求越来越高,可重构硬件将在深空探测中扮演重要角色。针对目前可重构硬件的分类主要根据硬件实现所采用的技术,不利于进行横向比较的不足,提出一种从硬件的行为、结构及自适应三方面考虑的可重构硬件分类模型,对其中的每种类型都进行了分析,并认为,基于演化的重构将是未来深空探测可重构硬件的发展方向。

关键词：可重构硬件分类模型行为结构自适应演化硬件

来源： cnki会议评论

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基于可重构硬件故障的自诊断技术研究

机电产品开发与创新 2017年第5期30卷 125-127页

作者：邵德立骆云志袁强中国兵器工业第58研究所四川绵阳621000

针对目前应用较为广泛的可重构硬件的故障分析,在现有的技术基础上提出了一种分布式在线故障定位具有自诊断功能的新型可重构硬件系统,该系统主要由功能单元、容错开关模块、总线及基本I/O组成,实现了在线自诊断与自修复,大大降低了硬... 详细信息

针对目前应用较为广泛的可重构硬件的故障分析,在现有的技术基础上提出了一种分布式在线故障定位具有自诊断功能的新型可重构硬件系统,该系统主要由功能单元、容错开关模块、总线及基本I/O组成,实现了在线自诊断与自修复,大大降低了硬件开销和时间开销,该研究将用于某功能安全级控制系统中。

关键词：故障分析可重构硬件自诊断