芯片級(jí)自修復(fù)胚胎電子電路設(shè)計(jì)分析

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1面向芯片級(jí)自修復(fù)的胚胎電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1邏輯塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

當(dāng)前,我們常見的邏輯塊結(jié)構(gòu)有兩種,即基于多路選擇器和查找表。前者具有失效率低和結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢,然而每個(gè)細(xì)胞的功能性較弱。我們知道,大量細(xì)胞的邏輯塊互相連接就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)功能,但是它的布線并不簡單,不能適用于大規(guī)模電路的實(shí)現(xiàn)。近些年,在以太網(wǎng)供電工程的細(xì)胞設(shè)計(jì)中長期采用基于四輸入一輸出的顯示查找表結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了任意的數(shù)字邏輯,然而對于較大規(guī)模電路設(shè)計(jì)時(shí)仍有諸多不足,主要表現(xiàn)為資源的大量浪費(fèi)。鑒于此,下面筆者對邏輯塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),有效節(jié)省了大量資源,也極大地增強(qiáng)了細(xì)胞設(shè)計(jì)的靈活性。對于改進(jìn)后的邏輯塊內(nèi)部電路結(jié)構(gòu),此處的邏輯塊由四個(gè)兩輸入顯示查找表和D觸發(fā)器組合而成。顯示查找表主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)組合邏輯的功能,其個(gè)個(gè)輸入端連接著多路選擇器,可作為選擇開關(guān),同時(shí)也能夠?qū)刂菩盘?hào)進(jìn)行約束和控制,從而實(shí)現(xiàn)了相鄰細(xì)胞邏輯塊之間的連接。而D觸發(fā)器以顯示查找表的輸出為輸入,可以有效實(shí)現(xiàn)時(shí)序電路。根據(jù)研究結(jié)果顯示,如果要確定一個(gè)細(xì)胞邏輯塊實(shí)現(xiàn)的邏輯功能,我們至少需要18位控制配置位。結(jié)合顯示查找表的內(nèi)容寫入方式,筆者給出了兩種邏輯塊結(jié)構(gòu):一是直接把邏輯功能的真值表寫入其中;另一種是可重寫入的邏輯塊結(jié)構(gòu)。

1.2換向塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

換向塊的結(jié)構(gòu)主要由八個(gè)八選一多路選擇器組成,它能夠全方位地改變信號(hào)傳播方向,它在上下左右四個(gè)方向上分別有兩根輸入線以及輸出線,并且各個(gè)方向的輸出根據(jù)配置位決定對八路輸入中任何一路進(jìn)行輸出,同時(shí)和相鄰細(xì)胞的換向塊對應(yīng)多路器輸入相接。

1.3配置存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

不難發(fā)現(xiàn),細(xì)胞的邏輯塊和換向塊配置位往往能夠決定配置存儲(chǔ)器的單元內(nèi)容。根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)形式,筆者給出了所有配置位的順序,如下圖所示(其中數(shù)字表示比特位的順序,下方注釋是相應(yīng)的配置信息)。

1.4自修復(fù)輔助電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

值得注意的是,上述模塊要想完全實(shí)現(xiàn)自修復(fù)的功能,還不得不加入自修復(fù)輔助電路設(shè)計(jì)。當(dāng)然,在不同的自修復(fù)機(jī)制情況下,它的電路設(shè)計(jì)也會(huì)有所不同。現(xiàn)階段,很多電路設(shè)計(jì)都是基于列移除機(jī)制的,它考慮的是列移除的缺點(diǎn),主要有兩種方案可供參考:

(1)為了增強(qiáng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的通用性,可以考慮采用基于查找表型的配置存儲(chǔ)器的自修復(fù)輔助電路設(shè)計(jì)方式;

(2)可以考慮基于移位寄存器型的設(shè)計(jì)方式,總體來說,兩種方案都是可行的,需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行取舍。

2結(jié)語

該作者認(rèn)為,未來若胚胎電子陣列能夠做成一種可自修復(fù)通用芯片,那么希望能在該芯片的處理復(fù)雜邏輯功能和電路優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面努力,要進(jìn)一步發(fā)展胚胎電子陣列應(yīng)用系統(tǒng)的多目標(biāo)設(shè)計(jì)技術(shù),并且真正實(shí)現(xiàn)智能布線,最終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電路的自動(dòng)布局布線。

作者：王群 單位：湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院