基于FPGA的三模冗余容錯技術(shù)研究

一個(gè)TMR需要兩個(gè)LUT，而兩個(gè)TMR只需要三個(gè)LUT，需要在LUT內部實(shí)現表決器、報錯電路以及其他的一些控制線(xiàn)，這增加了LUT內部的布線(xiàn)和延遲。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是粒度減小，可靠性增加，資源消耗少，可通過(guò)檢錯和定位進(jìn)行有條件的重構，減少了功耗和配置時(shí)間。實(shí)驗結過(guò)表明，相比于傳統的小粒度的TMR，這種方法額外資源消耗只為76．5％，而傳統的則達到242％。
2．4 基于空間搜索方法的TMR技術(shù)
由于部分以及小粒度TMR的出現，在FPGA和設計約束的情況下，對粒度以及電路模塊的選擇是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，而往往只知道資源、功耗及可靠性等要求，實(shí)際的布局與實(shí)現是一個(gè)棘手的問(wèn)題。文獻都提出了基于空間搜索的方法。這種方法是提供資源、功耗與可靠性等參數，在各種可能的解決方法中進(jìn)行搜索而得到最優(yōu)的結果。
2．5 基于時(shí)間的TMR技術(shù)
基于時(shí)間的基本思想是通過(guò)多次計算進(jìn)行故障屏蔽，是對相同的計算重復進(jìn)行兩次或者多次并比較結果以檢測和克服錯誤。當對某一部分的電路得到一個(gè)結果后，暫時(shí)將其存儲起來(lái)，延遲一定時(shí)間后再進(jìn)行一次計算并輸出存儲，若比較結果不一致則出現了錯誤，此時(shí)再延遲相同的時(shí)間，將其輸出作為正確的結果輸出。
這種方法對于檢測瞬時(shí)故障很有效，但其容錯效果與延遲時(shí)間有關(guān)系。此方法實(shí)際上使用時(shí)間的延長(cháng)換取了資源的節省，對于實(shí)時(shí)性較高的系統使用性較差。
2．6 基于軟、硬件冗余的TMR技術(shù)
對于在硬件上出現的不可修復的損壞，上面的方法將都會(huì )失效。此時(shí)對每個(gè)模塊中采用三個(gè)不同的版本的文件(一個(gè)使用，兩個(gè)備份)且每個(gè)模塊還有1／4的硬件冗余資源。如果出現了硬件故障，則首先用其他版本對其進(jìn)行重新配置，如果這樣問(wèn)題還得不到解決，那么通過(guò)使用額外的冗余資源重新布局以繞過(guò)出錯的部分。但是由于對冗余資源及存儲單元的要求，這種方法進(jìn)一步增加了資源的消耗。

3 TMR技術(shù)發(fā)展展望
基于以上的分析，用圖4所示的框圖來(lái)描述TMR技術(shù)出現的問(wèn)題與改進(jìn)方法之間的關(guān)系。由于硬件存在故障積累的問(wèn)題，所以在系統可靠性的要求下產(chǎn)生出了多種新的基于TMR的解決辦法，不過(guò)這些技術(shù)都只是針對某些問(wèn)題而提出的，它只解決了部分問(wèn)題同時(shí)也帶來(lái)了一些新的問(wèn)題，所以基于TMR的容錯技術(shù)仍然不夠成熟。

不過(guò)其中小粒度的TMR技術(shù)是一種靈活性很大的方法，它結合其他的一些方法可以在節約資源的基礎上達到較好的性能，基于小粒度的TMR的技術(shù)將會(huì )是TMR技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向，需要進(jìn)一步解決由于布線(xiàn)資源相對增多而對系統可靠性的影響。另外，由于小粒度TMR的實(shí)現需要對系統的各部分電路進(jìn)行選擇并進(jìn)行布局，所以TMR實(shí)現的自動(dòng)化也是一個(gè)需要研究的方向。

4 結語(yǔ)
隨著(zhù)半導體工業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，芯片的集成度越來(lái)越高，其操作電壓不斷降低，這都導致集成電路在輻射條件下的可靠性下降，特別是以SEU為代表的軟故障的影響不斷加大，所以在用基于SRAM的FPGA實(shí)現系統的時(shí)候，必須采取容錯措施。
以傳統TMR的可靠性?xún)?yōu)勢為基礎，伴隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展以及實(shí)際需求的推動(dòng)，出現了很多改進(jìn)的TMR技術(shù)?？偨Y了TMR技術(shù)存在的突出問(wèn)題，研究了這些新方法，分析了其優(yōu)勢以及存在的問(wèn)題并指出了相應的解決辦法。TMR技術(shù)的發(fā)展應該以高效的實(shí)現方法及可靠性為方向，以穩健的評估策略為基礎，根據所要達到的參數要求，以較高的自動(dòng)化的方式在不同的粒度和布局上進(jìn)行權衡而得到最終的TMR解決方案。