面向数字信号处理的胚胎阵列研究

论文摘要

数字信号处理系统在航天产品的通信、遥测、姿态控制以及轨道控制等电子系统中有着广泛的应用,航天产品工作环境的特殊性对其可靠性提出了极高的要求,因此提高数字信号处理系统可靠性十分重要。胚胎阵列是一种具备类似于多细胞生物体的自诊断、自修复能力的硬件电路,与传统的容错机制相比,胚胎阵列的自修复能力能够提高系统的容错能力与可靠性,或者在同样的可靠性设计指标下,能大大减小冗余资源、体积和成本。本文在研究国内外仿生自修复研究现状的基础上,开展面向数字信号处理的胚胎阵列研究。主要研究内容如下:(1)在研究典型数字信号处理算法的基础上,分析了三种不同的乘累加结构实现方式,并选择串行分布式算法作为实现算法,对该算法的结构进行了改进。(2)在对比分析两种胚胎阵列自修复机制——列(行)移除机制和细胞移除机制的优缺点后,选择列移除机制作为阵列重构的实现方式;根据串行分布式算法结构特点提出了两种不同的胚胎阵列设计思路,设计了两种不同的细胞电路。(3)建立了两个胚胎阵列模型,分别对两个模型的计算功能和自修复功能进行仿真验证和实验验证。最后,对研究工作做了总结,提出下一步研究的建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 胚胎阵列研究现状
• 1.2.2 胚胎阵列自修复机制
• 1.2.3 数字信号处理实现技术现状
• 1.3 研究思路及章节安排
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 论文章节安排
• 第二章 典型数字信号处理算法及其实现
• 2.1 典型数字信号处理算法
• 2.1.1 卷积
• 2.1.2 相关
• 2.1.3 数字滤波器
• 2.1.4 离散傅立叶变换（DFT）
• 2.1.5 离散小波变换（DWT）
• 2.2 乘累加结构的实现
• 2.2.1 直接MAC 算法
• 2.2.2 分布式算法
• 2.2.3 改进的串行分布式算法
• 2.3 本章小结
• 第三章 胚胎阵列的结构设计
• 3.1 胚胎阵列原理
• 3.1.1 胚胎阵列仿生原理
• 3.1.2 胚胎阵列的体系结构和工作原理
• 3.1.3 阵列自检测原理和自修复机制选择
• 3.2 胚胎阵列设计方案 Ⅰ
• 3.2.1 设计思路
• 3.2.2 阵列设计
• 3.2.3 细胞结构设计
• 3.3 胚胎阵列设计方案Ⅱ
• 3.3.1 设计思路
• 3.3.2 阵列设计
• 3.3.3 大累加器结构设计
• 3.3.4 细胞结构设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 胚胎阵列的实现与验证
• 4.1 胚胎阵列的实现
• 4.1.1 胚胎阵列电路的实现步骤
• 4.1.2 ISE 软件介绍
• 4.1.3 胚胎阵列的配置信息设置
• 4.2 仿真结果与分析
• 4.2.1 胚胎阵列Ⅰ 的功能及自修复验证
• 4.2.2 胚胎阵列Ⅱ 的功能及自修复验证
• 4.3 胚胎阵列的实验验证
• 4.3.1 Xilinx Virtex6 FPGA 简介
• 4.3.2 实验系统的组成
• 4.3.3 实验过程和结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 研究总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果