НОУ ИНТУИТ | Инструктивный синтез нанометровых вычислительных структур. От элементной базы к алгоритмически ориентированным субпроцессорам.. Лекция 7: Инструментальные платформы МКМД-бит-потоковых вычислительных технологий

Учитесь и получайте официальные документы БЕСПЛАТНО. Вы можете поддержать наш проект.

Регистрация Вход

Твой путь к знаниям!

Опубликован: 01.10.2013 | Доступ: свободный | Студентов: 255 / 19 | Длительность: 24:58:00

ISBN: 978-5-9963-0223-9

Темы: САПР, Аппаратное обеспечение, Нанотехнологии

Специальности: Разработчик аппаратуры

|

Вам нравится? Нравится 4 студентам

| Поделиться |

Поддержать курс

| Скачать электронную книгу

Логическая схема, построенная пользователем с помощью инструментального средства FailSys.exe, хранится в оперативной памяти как отдельный объект класса CSheme и сохраняется на диске (сериализуется, по терминологии [297]) в файл с расширением *.log. Схема представляет собой массив указателей на абстрактный класс COperateLog, а фактически на объекты классов вентилей и схем. Указатель на этот массив хранится в родительском классе CShemeBase переменной m_ppOperate. В этом же классе определен набор чисто виртуальных функций, с помощью которых и происходит управление объектами массива m_ppOperate. Очередность расположения элементов в этом массиве определяет порядок срабатывания объектов (логических схем).

Элементами этого массива могут быть как сложные схемы (объекты класса CSheme ), так и элементарные логические вентили (объекты классов CElem1No (инверсия), CElem2Or (2-или), CElem2OrNo (2-или-не) и другие потомки класса CLogicSimple ). Класс CLogicOt (родитель класса CLogicSimple ) имеет набор методов, позволяющих устанавливать или убирать отказ в логическом вентиле. Класс CLogic предназначен для управления работой входами и выходами как сложных схем, так и простых вентилей. Объекты класса CLink связывают выход с входами логических элементов (один выход может быть соединен с множеством входов) и хранят текущие значения выходов логических вентилей и схем.

Инструментальное средство Otkazmodulate проводит полный последовательный перебор карт отказов для указанного числа одновременных отказов. Для каждой карты отказов моделируется работа со всеми входными данными, указанными в файле с расширением *.in, а полученные выходные данные запоминаются в файле с расширением *.out в форме таблицы для каждого выхода.

увеличить изображение
Рис. 6.51. Инструментальная библиотека классов логических вентилей

Эти таблицы состоят из двух столбцов: в первом столбце записана бинарная последовательность значения контролируемого выхода, а во втором - число-счетчик, увеличивающееся каждый раз на единицу при получении на этом выходе именно этой последовательности при переборе карт отказов.

Инструментальное средство BPBrowse позволяет:

моделировать загрузку и работу микропрограммы пользователя в бит-матрице, используя модели бит-процессора с учетом отказов на вентильном уровне (рис. 6.52);
генерировать тестовые микропрограммы для тестирования и диагностирования бит-матрицы в зависимости от доступности интерфейса ввода-вывода и оценивать временные затраты на проведение тестирования и диагностирования.

Данный инструментарий можно использовать как для синтеза логических схем бит-процессора по критерию максимальной отказоустойчивости, так и для синтеза проверяющих тестов по известной логической схеме бит-процессора.

Различают контролирующий и диагностирующий тесты. Первый устанавливает факт наличия или отсутствия отказов в схеме, а второй обеспечивает локализацию типа и места отказа в схеме.

Рис. 6.52. Структурная схема инструментальных средств моделирования

Синтез тестов осуществляется в интерактивном режиме и в предположении, что отказы вентилей равновероятны.

Для уровня блоков и узлов бит-процессора исходными данными для синтеза являются:

$S = \{s_{1}, s_{2}, …, s_{M}\}$ - множество логических схем, реализующих одинаковый закон функционирования;
- количество логических схем, реализующих одинаковый закон функционирования;
$Q = \{q_{1}, q_{2}, q_{3}, q_{4}\}$ - множество типов отказов логического вентиля схемы (всего четыре).

Для каждой схемы $s_{m}$ заданы:

$X = {x_{1}, x_{2}, …, x_{K}}$ - множество контролируемых входов;
- количество контролируемых входов;
$Z = {z_{1}, z_{2}, …, z_{L}}$ - множество контролируемых выходов;
- количество контролируемых выходов;
$D_{m} = {d_{1m}, d_{2m}, …, d_{Nm}}$ - множество логических вентилей;
$N_{m}$ - общее количество логических вентилей;
$C_{m} = ||c_{ij}||$ - бинарная матрица связей выхода вентиля $d_{im}$ со входом вентиля $d_{jm}$ ;
$n_{ot}$ - число одновременно отказавших вентилей в схеме $1 \le n_{ot} \le N_{m}$ , распределенных по множеству $D_{m}$ случайным образом по равномерному закону.

Используя BPBrowse, необходимо определить наиболее устойчивую к $n_{ot}$ одновременным отказам вентилей схему $s^{*}\in S$ и контролирующий $тест T ^{*}$ , где $T ^{*}$ - бинарная матрица размерности $Kxl_{t}, l_{t}$ - длина теста. Данная задача решается следующим образом.

С помощью инструментального средства FailSys синтезируется один из вариантов схемы бит-процессора, который сохраняется в файле с расширением *.log.
Для каждого варианта схемы бит-процессора с помощью OtkazModulate в интерактивном режиме определяется полный контролирующий тест, отправной точкой которого является эталонный проверяющий тест $T_{m}$ , полученный при условии, что схема $s_{m}$ не имеет ни одного отказавшего вентиля.

Тест $T_{m}$ порождает эталонную бинарную матрицу выходных последовательностей $O_{тэт}$ , которая отвечает реакциям полностью исправной схемы бит-процессора. При подаче подбираемого проверяющего теста $T_{m}$ на схему $s_{m}$ , но уже с отказами в ней, с ее выходов снимается матрица $O_{m}$ , которая представляет собой бинарную матрицу выходных последовательностей размерности $L\times l_t$ .

Вероятность обнаружения отказов вентилей схемы s_m синтезируемым тестом $T_{m}$ можно оценить соотношением:

$P_{обн}^{m}=\cfrac{r_{om}^{m}}{C_{N_m}^{n_{ot}}*4^{n_{ot}}}$

где:

$r_{om}^m$ - количество отклонений $O_{m}$ от $O_{m}$ при переборе всех карт $n_{ot}$ одновременных отказов вентилей;
$C_{N_m}^{n_{ot}$ - число сочетаний из элементов по $n _{t}$ ,а произведение $C_{N_m}^{n_{ot}*4^{n_{ot}}$ - количество возможных карт $n_{ot}$ одновременных отказов вентилей в схеме $s_{m}$ (мощность пространства отказов).

Главная особенность МКМД-бит-потоковых технологий состоит в том, что объектом диагностики на схемотехническом уровне является относительно простая схема бит-процессора (порядка 800-1000 вентилей), которая к тому же достаточно просто разбивается на блоки с разным последействием отказов: регистр команды, операционный канал, канал транзита, средства коммутации и т. п. (см. рис. 6.49). Поэтому при оценке отказоустойчивости реализуемых бит-процессором инструкций разработчик бит-процессора может синтезировать диагностический тест для всего бит-процессора, осуществив конкатенацию контролирующих тестов для узлов бит-процессора.

Вместе с тем функциональные возможности программно-аппаратной плоскости проекта, как правило, отвечают ультравысокой степени интеграции (порядка 8-20 миллионов вентилей и выше) за счет наращивания "площади" бит-матрицы (от 1000 до 10000 бит-процессоров).

Благодаря этой особенности инструментальное средство OtkazModulate позволяет перебрать все пространство отказов схемы бит-процессора s_m и вычислить для нее $P_{обн}^{m}$ для подбираемого проверяющего теста T_m .

Если принять гипотезу о равномерном законе распределения входных воздействий в тесте $T_{m}$ , то его обнаруживающая способность $P_{обн}^{m}$ определяется длиной контролирующего теста $l_{t}$ как показано на рис. 6.53.

Из рис. 6.53 видно, что с ростом до бесконечности длины теста вероятность обнаружения отказов растет до определенного значения $P_{обн}^{предел}$ которое можно считать предельным значением вероятности обнаружения отказов в схеме. Это обусловлено наличием в схеме бит-процессора индифферентных отказов, которые не влияют на правильность реализации заданной бит-инструкции. Таким образом, $P_{раб}^{m}(n_{ot})$ можно принять за вероятность сохранения работоспособности схемы s_m при $n_{ot}$ одновременных отказов ее логических вентилей: $P_{раб}^m(n_{ot}) = 1 - P_{обн}^{предел}$ .

Длина контролирующего теста T_m для схемы s_m не может быть бесконечной. Поэтому разработчику схемы бит-процессора приходиться ее ограничивать $l_{t}^{min}$ , руководствуясь критерием минимума разности $P_{обн}^{предел} - P_{обн}^{m}(l_t^{min}) \le \varepsilon \to \min$ причем при этом он больше опирается на интуицию, чем на аналитические выводы.

Рис. 6.53. Определение предельной вероятности обнаружения отказов схемы

Таким образом, для каждой схемы s_m разработчик определяет полный контролирующий тест $T_{m}$ ограниченной длины и его характеристики $P_{обн}^{m}(l_t^{min})$ и $P_{раб}^{m}(n_{ot})$ . Очевидно, что наиболее устойчивая к $n_{ot}$ отказам схема та, у которой $P_{раб}^{m}(n_{ot})$ максимальна.

Системотехнические выводы по лекции 6

Объективно существующее отношение иерархии между "объектами" проектирования и множественность "вложений" одних и тех же компонент, используемых в программно-аппаратной и диагностической плоскостях проекта, предопределяет эффективность создания инструментальных платформ МКМД-бит-потоковых вычислительных технологий на основе объектно-ориентированного подхода.
В структурно-функциональной и программно-аппаратной плоскости бит-процессор является неделимой единицей проекта, но при переходе в диагностическую плоскость его необходимо раскрыть, включив в иерархию описания блоки, узлы, вентили и физико-технические процессы, нарушение условий правильной работы которых и служит источником "расширения" библиотеки бит-инструкций бит-процессора.
Интерактивный режим, а с ним и графический интерфейс инструментальных платформ пока остаются атрибутом МКМД-бит-потоковых технологий, так как они поддерживают завершающий этап проектирования субпроцессоров, на котором решаются задачи компоновки библиотечных модулей на бит-матрице, или, что одно и то же, на плоской ортогональной FIFO -регистровой коммутационной решетке, где сдвиг на один дискрет всегда сопровождается изменением времени задержки на 1 такт.
Главная особенность МКМД-бит-потоковых технологий состоит в том, что объектом диагностики на схемотехническом уровне является относительно простая схема бит-процессора (порядка 800-1000 вентилей), которая к тому же достаточно просто разбивается на блоки с разным последействием отказов: регистр команды, операционный канал, канал транзита, средства коммутации и т. п. Вместе с тем, функциональные возможности программно-аппаратной плоскости проекта, как правило, отвечают ультравысокой степени интеграции (порядка 8-20 миллионов вентилей и выше) за счет наращивания "площади" бит-матрицы (от 1000 до 10000 бит-процессоров).
Средства эксплуатационной диагностики МКМД-бит-потоковых субпроцессоров являются продолжением средств промышленной диагностики, которые используются для генерации эталонных тестов и эталонных тестовых воздействий. Незнание использованных в производстве бит-матричных СБИС методов и средств обнаружения отказов и положенных в их основу физических моделей отказов приводит к неоправданному увеличению пространства диагностики, делая само изделие диагностонепригодным. Поэтому стратегия заимствования изделий микроэлектроники в третьих странах чревата высокой вероятностью необнаружения отказов, особенно в современных процессорах RISC - и ЦПОС -архитектуры, которые по степени функциональной интеграции уже давно относятся к УБИС.

Дальше >>

Авторизоваться

Инструктивный синтез нанометровых вычислительных структур. От элементной базы к алгоритмически ориентированным субпроцессорам.

Инструментальные платформы МКМД-бит-потоковых вычислительных технологий

Системотехнические выводы по лекции 6

Вопросы и ответы