基于 FPGA 的分布式少数与多数表决冗余实现，用于任务与安全关键型应用
硬件体系结构
2016-11-30 v1
摘要
用于任务和安全关键型应用的电子电路与系统通常在设计中使用冗余来克服任意故障或失效，并保证正确运行。在此背景下，分布式少数与多数表决冗余（DMMR）方案构成了传统 N 模冗余（NMR）方案的一种高效替代方案，用于实现任务与安全关键型电路和系统，它在提供相似容错度的同时，显著最小化了其重量、设计成本以及设计指标。本文首次展示了示例 DMMR 电路的 FPGA 实现，并基于面积占用和关键路径延迟（即面积-延迟积 ADP）与对应的 NMR 电路进行了比较。示例 DMMR 电路和对应的 NMR 电路能够容纳 2 个、3 个和 4 个功能模块的故障或失效状态。对于物理综合，考虑了两种商用 Xilinx FPGA（对应于 90nm 和 65nm CMOS 工艺的 Spartan 3E 和 Virtex 5），以及两种抗辐射和军用级 Xilinx FPGA（对应于 150nm 和 180nm CMOS 工艺的 QPro Virtex 2 和 QPro Virtex E），用于实现采用 4×4 阵列乘法器作为代表性功能模块的 NMR 和 DMMR 电路。在实现 2 个功能模块的容错时，DMMR 和 NMR 方案在所有四种 FPGA 上的平均 ADP 相近。但在实现 3 个功能模块的容错时，DMMR 的平均 ADP 比 NMR 降低了 44.5%；在实现 4 个功能模块的容错时，就所考虑的所有四种 FPGA 而言，DMMR 的平均 ADP 比 NMR 降低了 56.5%。
引用
@article{arxiv.1611.09446,
title = {FPGA Based Implementation of Distributed Minority and Majority Voting Based Redundancy for Mission and Safety-Critical Applications},
author = {P Balasubramanian and N E Mastorakis},
journal= {arXiv preprint arXiv:1611.09446},
year = {2016}
}