胚胎电子系统配置控制技术研究

论文摘要

胚胎电子系统是具有自诊断、自修复能力的仿生硬件,模仿了自然界多细胞生物体的生长发育,通过配置数据（DNA）的切换来实现故障电子细胞的“移除”和新的功能细胞的“诞生”。这些配置数据需要配置控制电路将其配置到指定的配置存储器中。本文针对胚胎电子系统的要求,进行了胚胎电子系统配置控制电路的研究与设计。配置控制中的动态重构技术对于提高胚胎电子系统的性能具有重要的意义,动态重构可以使系统具有类似软件的灵活性,同时具有硬件系统的高性能。通过深入分析FPGA等动态可重构模型的配置控制技术,借鉴其配置控制及重构电路的设计思想,根据胚胎电子细胞的结构特点,设计并实现了基于SRAM存储器的胚胎电子系统的配置控制电路及动态重构模型。然后,基于Spartan-3 FPGA,对所设计的胚胎电子系统的配置控制模型进行了仿真验证。其中针对静态下载对配置控制器的各个模块及整体功能进行了仿真验证,结果表明电路功能正确。为了验证胚胎电子系统的动态重构,设计并实现了4×4的简化胚胎电子阵列,在此基础上实现计数器等电路模块,进行动态重构的仿真,结果表明,该模型可以实现电路模块的动态重构且不影响其它模块的正常工作。在对胚胎电子系统配置控制研究的基础上,针对现有的存储器结构在实现大规模胚胎电子系统存在存储器过大的问题,提出了一种基于移位寄存器的存储器结构改进方案,并研究了基于该改进方案的配置控制与动态重构。在实现同样的容错与重构功能前提下,所提出的新的存储器结构在实现大规模胚胎电子系统方面,相比原来的配置存储器可以节约存储器90%以上的硬件资源。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 胚胎电子系统概述
• 1.2 配置控制概述
• 1.3 本文内容及章节安排
• 1.3.1 主要工作与创新点
• 1.3.2 章节安排
• 第二章 配置控制及其设计要求分析
• 2.1 配置技术的分析
• 2.1.1 静态配置与动态重构
• 2.1.2 配置控制技术分析
• 2.2 胚胎电子系统配置控制设计要求
• 2.2.1 胚胎电子结构特点
• 2.2.2 胚胎电子系统配置控制设计要求
• 2.3 本章小结
• 第三章 胚胎电子系统配置控制电路的设计
• 3.1 胚胎电子系统配置控制器的设计
• 3.1.1 配置控制总体方案
• 3.1.2 配置接口选择
• 3.1.3 配置控制器的设计
• 3.1.4 配置存储器及其接口的设计
• 3.1.5 数据校验电路的设计
• 3.2 动态重构的实现
• 3.2.1 配置数据下载与重构的设计
• 3.2.2 模块间连接的设计
• 3.2.3 时钟系统的设计
• 3.3 配置控制的数据格式与配置流程
• 3.4 本章小结
• 第四章 配置控制电路的验证与分析
• 4.1 配置控制电路仿真与分析
• 4.1.1 仿真流程与仿真平台
• 4.1.2 仿真结果与分析
• 4.2 验证电路板的设计
• 4.2.1 方案与平台设计
• 4.2.2 电路板的设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 大规模胚胎电子系统配置控制改进方案
• 5.1 配置存储器的分析
• 5.2 基于移位寄存器的胚胎电子系统的配置与重构
• 5.2.1 改进的基于移位寄存器的配置存储器结构
• 5.2.2 基于移位寄存器的胚胎电子的配置与重构
• 5.3 仿真与结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 课题主要进展与成果
• 6.2 进一步研究的建议
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果