一种FPGA冗余容错方法及FPGA芯片.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115859885A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202310107895.8(22)申请日2023.02.14(71)申请人成都市硅海武林科技有限公司地址610000四川省成都市郫都区德源镇（菁蓉镇）创客公园12栋(72)发明人李威王佐尹志强吴方明(74)专利代理机构成都厚为专利代理事务所(普通合伙)51255专利代理师王杰(51)Int.Cl.G06F30/347(2020.01)G06F117/02(2020.01)权利要求书4页说明书12页附图8页(54)发明名称一种FPGA冗余容错方法及FPGA芯片(57)摘要本发明公开了一种FPGA冗余容错方法及FPGA芯片，所述方法包括：通过对互联资源IR结构抽象化后生成各个开关矩阵的布线资源子图sub‑RRG；根据测试诊断文件确定故障类型，然后基于各种故障类型确定对应的修复方案，修复方案中包含重新布局和/或布线，以及修改配置位流文件，其中重新布线时调用已构建的布线工具Router；根据修改后的配置位流文件重配置FPGA。上述方法为配置级的动态冗余容错方法，相比人工介入修复方式而言，降低了修复的成本，提高了修复的效率，以及提高了FPGA在航天航空、军事等关键领域的应用可靠性，并且修复能力强，也具备了极强的通用性。CN115859885ACN115859885A权利要求书1/4页1.一种FPGA冗余容错方法，其特征在于，包括如下步骤：获取设计文件，基于设计文件内的全局IR信息生成FPGA内开关矩阵的抽象模型，并根据所述抽象模型建立FPGA内每个开关矩阵对应的布线资源子图；获取测试诊断文件，并根据测试诊断文件确定故障类型；若故障类型为IR故障，则将故障IR关联的信号线网经过的所有开关矩阵覆盖的区域范围确定为执行IR故障修复的操作窗口，并执行重新布线步骤，然后根据重新布线步骤生成的布线结果修改配置位流文件；若故障类型为CLB故障，且故障CLB内部不存在可对故障CLB内部的故障单元进行替换的空闲无故障单元，则根据FPGA的布局状况确定出用于替代该故障CLB的替换CLB，以及确定出将该故障CLB转移到该替换CLB的转移路径，将该转移路径上关联的信号线网经过的所有开关矩阵覆盖的区域范围确定为执行故障CLB修复的操作窗口，并执行重新布线步骤，然后根据重新布线步骤生成的布线结果修改配置位流文件；若故障类型为CLB故障，且故障CLB内部存在可对故障CLB内部的故障单元进行替换的空闲无故障单元，则从空闲无故障单元中选定用于替代该故障CLB内部的故障单元的替换单元，然后基于确定出的该替换单元修改配置位流文件；根据修改后的配置位流文件重配置FPGA；其中，所述重新布线步骤为：将操作窗口所包含的所有开关矩阵的布线资源子图进行组合得到布线资源图，并在布线资源图中标记每个信号线网的起点和该起点对应的所有终点；调用已构建的布线工具查找布线资源图中每个信号线网的起点和该起点对应的各个终点之间的最短路径，并根据查找到的最短路径生成布线结果。2.根据权利要求1所述的一种FPGA冗余容错方法，其特征在于，所述布线工具的构建过程包括如下：基于Dijkstra算法构造布线模块，所述布线模块用于查找布线资源图中每个信号线网的起点和该起点对应的各个终点之间的最短路径；基于Pathfinder算法的迭代运算机制构造迭代控制模块，所述迭代控制模块用于迭代调用布线模块进行所述最短路径查找时的过程控制，且迭代控制模块在执行迭代控制时，采用带拉格朗日松弛系数的综合协商机制对拥挤度和路径延迟作综合考虑。3.根据权利要求2所述的一种FPGA冗余容错方法，其特征在于，所述获取设计文件，基于设计文件内的全局IR信息生成FPGA内开关矩阵的抽象模型，并根据所述抽象模型建立FPGA内每个开关矩阵对应的布线资源子图，包括如下子步骤：获取FPGA内部存储的设计文件，所述设计文件中包括FPGA内部全局IR信息；对全局IR中的金属线进行分类，将同一类的金属线归纳为一个layer，两个金属线之间只有通过全局IR中的PIP才能建立连接，每一个layer表示为有向赋值图中的一个点，将CLB的端口也表示为有向赋值图中的点，将PIP的连接关系表示为有向赋值图中的边，将金属线的延迟值定义为该金属线对应的点的权值，将PIP的延迟值定义为该PIP对应的边的权值，边的方向由该边对应的PIP的方向确定，据此建立出有向赋值图，所述有向赋值图为FPGA内开关矩阵的抽象模型；根据所述抽象模型建立FPGA内每个开关矩阵对应的布线资源子图。4.根据权利要求3所述的一种FPGA冗余容错方法，其特征在于，所述迭代控制模块在执2CN115859885A权利要求书2/4页行迭代控制时，采用带拉格朗日松弛系数的