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外文翻译1讲解
毕业设计/论文
外文文献翻译
院系信息科学与技术学院
专业班级通信
姓 名
原文出处ProgressinAutonomousFault
RecoveryofFPGA
评分
指导教师
2016年月日
毕业设计/论文外文文献翻译要求:
1.外文文献翻译的内容应与毕业设计/论文课题相关。
2.外文文献翻译的字数:
非英语专业学生应完成与毕业设计/论文课题内容相关的不少于2000汉字的外文文献翻译任务(其中,汉语言文学专业、艺术类专业不作要求),英语专业学生应完成不少于2000汉字的二外文献翻译任务。
格式按《华中科技大学武昌分校本科毕业设计/论文撰写规范》的要求撰写。
3.外文文献翻译附于开题报告之后:
第一部分为译文,第二部分为外文文献原文,译文与原文均需单独编制页码(底端居中)并注明出处。
本附件为封面,封面上不得出现页码。
4.外文文献翻译原文由指导教师指定,同一指导教师指导的学生不得选用相同的外文原文。
现场可编程门阵列关于自主故障恢复的进展
马修G.帕里斯,美国航空航天局肯尼迪航天中心
卡尔蒂克。
Sharma和RONALDF.DEMARA,中佛罗里达大学
目前故障处理技术进行现场可编程门阵列的功能(FPGA)的制定描述性的分类,从简单的被动技术,强大的dynamicmethods。
故障处理方法不要求FPGA器件架构或用户干预才能恢复的修改故障检查和打击的开销为基础和可持续发展为基础的绩效指标评价,如额外的资源需求,吞吐量减少,故障能力和故障覆盖率。
这个分类除了这些性能指标构成了自信的比较标准。
1.引言
现场可编程门阵列(fpga)发现使用在各种应用程序在数据处理等领域、网络、汽车和其他工业领域。
fpga的重构性减少投放市场的时间的应用程序否则需要硬连接它们的功能由一个制造商。
此外,重新配置它们的功能领域的能力,缓解了不可预见的设计错误。
这两个特点使fpga的理想目标航天器的应用程序
如地面支持设备,可重复使用的运载火箭,传感器网络,行星探测器,深空探测器(Katz和一些2003;Kizhneretal.2007;捕鼠者2004;2001井和厕所)。
机舱内设备遇到的恶劣环境机械/声学在发射和高电离辐射和热应力压力在地球大气层外。
fpga必须长期可靠的操作任务时间有限或没有能力/替代和小板载诊断备件的能力。
这些任务可持续性实现了自主复苏。
这项研究支持部分由NASANRA合同NNA04CL07A智能系统。
作者地址:
M.G.帕里斯,NE-A3,肯尼迪航天中心,佛罗里达州32899-0001;电子邮件:
matthew.g.parris@nasa.gov;c·a·沙玛和r·f·Demara电气工程和计算机科学学院的大学中央佛罗里达,奥兰多32816-2362信箱162362号。
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2C2011ACM0360-0300/2011/10ART31$10.00
DOI10.1145/1978802.1978810http:
//doi.acm.org/10.1145/1978802.1978810
1.1FPGA架构概述
正如其名称所示,可编程是的FPGA的主要好处。
根据在设备的设计中,一个用户程序反熔丝细胞或静态随机存取存储器(SRAM)的FPGA中的细胞。
反熔丝单元存储的应用永久而SRAM单元暂时存储应用程序,允许可重编程。
由于可重编程可以让更多的故障处理技术,本文仅仅着眼于SRAM的FPGA。
正如图1所示,SRAM的FPGA架构是可编程的规则阵列逻辑块(小巴)互连资源,如线段中,接线盒和开关盒[Trimberger1993]。
FPGA互连提供是指多个小巴来实现复杂的逻辑功能。
接线盒连接球茎到导线段,而这又是由开关盒彼此连接允许连接的各种组合。
该FPGA互连也加入小巴为输入/输出模块(工种),从而调节和FPGA之间的连接的外部元件。
应用程序的逻辑功能是通过PLBs,每一个组合来实现包含多个基本逻辑单元(绩优)。
在BLE包括:
(1)一个2nx1SRAM存储逻辑功能,其中,n是输入的数量到SRAM,
(2)一个触发器存储逻辑值,以及(3)多路转换器所存储的逻辑值之间选择或SRAM中。
逻辑功能的最常见的SRAM尺寸为16×1记忆包含4个输入。
在此配置中,16×1的SRAM表现为一个4输入函数发生器或者一个4输入查找表(LUT),其中时间来查找逻辑功能的结果是相等的输入的所有排列。
1.2。
辐射引起的故障和处理技术
当在深空环境中,FPGA是受宇宙射线和高能质子,这可能会导致故障发生在位于FPGA的系统。
这些辐射效应大致可分为总剂量效应以及单事件影响(见)。
总剂量效应的描述,由于长期累积损伤事件质子和电子,并在详细冬梅等人。
[2007]。
看到由单个高能粒子或光子的发生而引起的。
可以看到是破坏性的,如单粒子闭锁(SELsor无损,如在的情况下瞬态故障。
瞬时故障包括单事件干扰(SEU)[沃思林等。
2003],多位搅得(MBUS),单事件功能中断(SEFI现象),并单事件瞬变(套)。
Adell的和艾伦[2008]提供的技术的调查用于减轻认为,在FPGA中。
此外,Bridgford等。
[2008]提供术语表,看看减排技术的针对XilinxFPGA的概述。
本文讨论了技术的无损认为,在解决影响基于SRAM的FPGA。
辐射硬韧性说明要么总剂量效应或在设备看到水平。
反熔丝的FPGA的配置,例如,是放射线硬因为反熔丝FPGA的不依赖于SRAM单元来存储它们的配置。
耐辐射,另一方面,描述了保证的性能达到一定总电离剂量(TID)级或线性能量转移(LET)阈值。
300拉德的TID(Si)和37兆电子伏-2/毫克单粒子翻转(SEU)LET足以为广大空间应用[Roosta2004]。
因此,FPGA的耐的一个TID至少300拉德(矽)都被贴上了抗辐射[2005爱特;2007爱特梅尔。
这个标签,不过,可能会产生误导存储器单元和寄存器仍然脆弱SEU的,因此必须在应用程序取决于SEU缓解技术等级[Altera的2009年;巴达西等。
2003;Bridgford等。
2008]。
可用性之前的耐辐射SRAM的FPGA提供SEL免疫力和性能表征重离子内环境[2008赛灵思],卫星设计师和流浪者不得不将一次性可编程反熔丝FPGA没有严肃的替代选择。
如果反熔丝FPGA固有容错能力是不够的,设计人员被限制在使用无源故障处理方法,如三重模块冗余(TMR)里昂和Vanderkulk1962年。
由于可重构的性质SRAM的FPGA,耐辐射FPGA的SRAM已经启用了设计者考虑其它故障处理方法所描述的主动故障处理方法,如第3和第4本文。
故障避免竭尽全力防止故障的发生。
这种方法增大该系统继续在整个正常运行的概率从而增加其使用寿命,从而提高了系统的可靠性。
实现故障避免战术如增加辐射屏蔽可以保护系统不受单事件效应在附加重量为代价的。
如果这些方法失败,但是,故障处理方法可以应对恢复丢失的功能。
而一些故障处理方案维持系统的操作,同时处理了故障,一些故障处理方案要求将系统脱机从故障中恢复,从而降低了系统的可用性。
在availability这有限的下降,但是,可以提高总体的可靠性。
1.3本文调查的重点.
本次调查的重点是修改FPGA的配置故障处理方法在运行时,以解决瞬态和永久性故障。
而一些方法结合故障检测和隔离技术,不要求这些功能审议通过本次调查。
由于SRAM的FPGA可以是:
(1)耐辐射,
(2)重新配置,以及(3)与剩余部分剩余部分重新配置可操作性,研究也开始注重开发中的这些功能使用环境中的人为干预或者是不希望的或者是不可能的。
第2部分进行分类,例如故障处理方法,其通过,第34和5所述。
表一列出了第5节详细讨论不同的考虑。
如表I中列出,FPGA自主故障恢复策略将在此描述调查的几个基本的处理开销和使命方面的可持续性特点。
相对于处理开销,这两个空间的复杂性和时间在现有恢复策略的复杂性显著变化。
校长空间复杂度是额外的物理资源,必须要么是保留作为备件或者其他利用积极支持底层故障处理机制。
另一方面,发生的时间复杂措施是可以通过减少的量作为故障恢复的一个副作用,检测延迟作为对故障隔离到粒度的水平所需的时间来测量其由错误处理机制,并且占该恢复时间覆盖可以通过的恢复过程中的累积不可用性。
与此同时,可持续性度量将被用来评估它是恢复的质量实现。
一些FPGA故障处理技术试图提高长期任务通过故障开发战略,有效地回收部分可持续性禁用的资源浮动部分备件。
根据特定的策略
使用时,恢复的粒度可以从一个固定的列数变化很大或固定大小的矩形区域,下至单个逻辑元件没有限制。
所提供的故障容量和覆盖范围指冗余的措施和逻辑/互连资源覆盖面,分别为。
一些策略提供明确的覆盖范围对于后一种类型的资源,而其他人只提供了逻辑资源的覆盖,或一些互连资源的隐式覆盖。
最后,所有的战略审查本次调查中依靠一个或多个关键部件,有时也被称为黄金元素[Garvie和2004年汤普森],所需投入运营,以便恢复策略,以有效地运作。
由于在随后的章节讨论的,许多倾向于相对于可持续性的特点脱颖而出策略经常这样做在增加的开销特性为代价的
2分类故障处理方法
故障处理方法大致可分为基于该方法的提供者入制造商提供的方法和用户提供的方法[奇塔姆等。
2006年]。
此外,这些方法可以分为基于是否该技术依赖于主动或被动的故障处理策略。
特别感兴趣的这个工作是用户提供的活性故障处理策略。
这些可被分类基于上的分配,类型和冗余资源的水平。
在具体地,一个子集主动故障处理方法依赖于资源的分配先验,两个备用计算资源和备件的设计。
最后,技术动态家族被调查,并且这些技术可以被分类基于是否该技术要求脱机要完成恢复设备。
所建议的通过奇塔姆等。
[2006],图2分故障处理方法成的基础上的方法的提供商两类。
厂商提供的故障恢复技术[奇塔姆等.2006;Doumar和Ito.2003年]解决在故障该装置的水平,从而允许制造商增加的产率的的FPGA。
这些技术通常需要修改当前的FPGA架构最终用户无法执行。
一旦制造商修改架构对于消费者而言,该装置可从制造过程容忍故障或该装置的寿命期间发生的故障。
用户提供的方法中,然而,取决于终端用户执行。
这些较高级别的方法使用FPGA的配置比特流进行整合一个用户的应用程序内的冗余。
通过查看FPGA作为阵列抽象资源,这些技术可用于执行选择特定资源的所需的功能,如显示出无故障行为资源。
而制造商提供的方法通常试图解决所有的故障,用户提供的技术可以考虑电路的功能休眠之间辨别故障和那些在输出表现出来。
这种更高级别的方法可确定故障恢复是否应立即或在更方便的时间发生。
分类呈现本文进一步分离用户提供的错误处理方法分为基于FPGA的一个配置是否会在改变两类运行[2008帕里斯。
被动方法嵌入掩模故障从系统输出进程到用户的应用程序。
技术,如TMR的快速响应和故障,从恢复由于固有的流程明确冗余。
速度,然而,这在来提高资源使用和电力成本。
即使当系统运行无任何故障,冗余的开销是连续当下。
除了这个恒定开销,这些方法是不能够改变FPGA的配置。
固定配置限制了系统的可靠性在其整个使用寿命。
例如,一个被动方法可以容忍一个故障和不返回到其原有的冗余水平。
这降低了可靠性提高第二个故障导致系统故障的机会。
活动方法力求通过修改以增加可靠性和可持续性在FPGA的配置,以适应故障。
因此,这些方法是无法实现反熔丝FPGA的。
配置设备允许系统以清除累积的SEU,避免永久性故障资源的利用率。
外部处理器,花费额外的空间,通常确定如何从故障中复原。
这些方法还需要额外的时间或重新配置FPGA或生成新配置。
图3显示了两个班,一个先验的分配和动态流程描述由第3和4中。
ProgressinAutonomousFaultRecovery
ofFieldProgrammableGateArrays
MATTHEWG.PARRIS,NASAKennedySpaceCenter
CARTHIKA.SHARMAandRONALDF.DEMARA,UniversityofCentralFlorida
Thecapabilitiesofcurrentfault-handlingtechniquesforFieldProgrammableGateArrays(FPGAs)developadescriptiveclassificationrangingfromsimplepassivetechniquestorobustdynamicmethods.Fault-handlingmethodsnotrequiringmodificationoftheFPGAdevicearchitectureoruserinterventiontorecoverfromfaultsareexaminedandevaluatedagainstoverhead-basedandsustainability-basedperformancemetricssuchasadditionalresourcerequirements,throughputreduction,faultcapacity,andfaultcoverage.Thisclassificationalongsidetheseperformancemetricsformsastandardforconfidentcomparisons.
1.INTRODUCTION
FieldProgrammableGateArrays(FPGAs)havefounduseamongvariousapplicationsindomainssuchasdataprocessing,networks,automotiveandotherindustrialfields.ThereconfigurabilityofFPGAsdecreasesthetime-to-marketofapplicationsthatwouldotherwiserequiretheirfunctionalitytobehard-wiredbyamanufacturer.Additionally,theabilitytoreconfiguretheirfunctionalityinthefieldmitigatesunforeseendesignerrors.BothofthesecharacteristicsmakeFPGAsanidealtargetforspacecraftapplicationssuchasgroundsupportequipment,reusablelaunchvehicles,sensornetworks,planetaryrovers,anddeepspaceprobes[KatzandSome2003;Kizhneretal.2007;Ratter2004;WellsandLoo2001].In-flightdevicesencounterharshenvironmentsofmechanical/acousticalstressduringlaunchandhighionizingradiationandthermalstresswhileoutsideEarth’satmosphere.FPGAsmustoperatereliablyforlongmissiondurationswithlimitedornocapabilitiesfordiagnosis/replacementandlittleonboardcapacityforspares.Missionsustainabilityrealizedbyautonomousrecoveryofthese.
ThisresearchwassupportedinpartbyNASAIntelligentSystemsNRAContractNNA04CL07A.
Authors’addresses:
M.G.Parris,NE-A3,KennedySpaceCenter,FL32899-0001;email:
matthew.g.parris
@nasa.gov;C.A.SharmaandR.F.Demara,SchoolofElectricalEngineeringandComputerScience,University
ofCentralFlorida,Box162362,Orlando,FL32816-2362.
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_c2011ACM0360-0300/2011/10-ART31$10.00
DOI10.1145/1978802.1978810http:
//doi.acm.org/10.1145/1978802.1978810
1.1.FPGAArchitectureOverview
Asindicatedbyitsname,programmabilityistheprimarybenefitofFPGAs.Dependingonthedesignofthedevice,auserprogramsanti-fusecellsorStaticRandomAccessMemory(SRAM)cellswithintheFPGA.Theanti-fusecellsstoretheapplicationpermanently,whereastheSRAMcellsstoretheapplicationtemporarily,allowingreprogrammability.Sincereprogrammabilityallowsmanymorefault-handlingtechniques,thisarticlefocusessolelyonSRAMFPGAs.
AsshowninFigure1,SRAMFPGAarchitecturesareregulararraysofProgrammableLogicBlocks(PLBs)amonginterconnectresourcessuchaswiresegments,connectionboxes,andswitchboxes[Trimberger1993].FPGAinterconnectprovidesthemeansformultiplePLBstorealizecomplexlogicfunctions.ConnectionboxesconnectPLBstowiresegments,whichinturnareconnectedtooneanotherbyswitchboxesthatallowvariouscombinationsofconnections.TheFPGAinterconnectalsojoinsPLBstoInput/OutputBlocks(IOBs),whichregulatetheconnectionsbetweentheFPGAandexternalcomponents.
ThelogicfunctionalityofanapplicationisrealizedbyacombinationofPLBs,eachcontainingmultipleBasicLogicElements(BLEs).TheBLEconsistsof:
(1)a2nx1SRAMtostorelogicfunctions,wherenisthenumberofinputstotheSRAM,
(2)aflipfloptostorelogicvalues,and(3)amultiplexertoselectbetweenthestoredlogicvalueortheSRAM.ThemostcommonSRAMsizeforlogicfunctionsisa16×1memorycontaining4inputs.I
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