胚胎型仿生自修复系统硬件消耗分析摘要：胚胎型仿生自修复系统具有实时自修复能力，可用于高可靠性电子系统的设计。在设计过程中，其硬件消耗是工程师十分关心的问题。在分析胚胎型仿生自修复系统结构基础上，根据口修复过程特征，建立了其系统硬件消耗模型。并以三模冗余自修复系统为对比，对胚胎型仿生自修复系统的硬件消耗进行了仿真分析。分析表明，胚胎型仿生自修复系统在大规模、高自修复能力的电路设计中具有优越性，且通过电子细胞辅助电路的优化设计，可以降低自修复过程中的硬件消耗。关键词：电子细胞辅助电路；胚胎电子阵列；硬件消耗；自修复能力屮图分类号：TN911?34；TP302.8文献标识码：A文章编号：10047373X(2017)06?0129?04Abstract：Theembryonicbio?inspiredself?repairingsystemhasthereal?timeself?rcpairingability,andcanbeusedinthedesignoftheelectronicsystemwithhighreliability.Onthebasisofanalyzingthestructureoftheembryonicbio?inspiredself?repairingsystem,thesystemhardwareconsumptionmodelwasestablishedaccordingtothecharacteristicsoftheself?repairingprocess.Incomparisonwiththetriple?modularredundancyself?repairingsystenbthesimulationanalysisforthehardwareperformed.Theanalysisresultsshowthattheembryonicbio?inspiredself?repairingsystemhassuperiorityinthedesignofthelarge?scalecircuitwithhighself?repairingcapacity,andcanreducethehardwareconsumptionintheself?repairingprocessbymeansoftheoptimizationdesignoftheelectroniccellauxiliarycircuit.Keywords：electroniccellauxiliarycircuit；embryonicarray；hardwareconsumption；self?repairingability0引言胚胎型仿牛自修复系统是受多细胞牛物体结构和胚胎发育过程启发提出的一种仿生硬件［1?2］,与生物体类似，具有自检测、自修复能力，可用于航空、航天等领域及复杂电磁环境下高可靠性电子设备的设计。胚胎型仿生自修复系统自提出以來，研究者对其系统结构［3?5］、自修复机制［6?7］、自修复实验［8］等方面进行了深入研究，提出了多种系统结构框架［9?12］,并实现了小规模电路的自修复实验。利用胚胎型仿牛自修复系统进行电路设计时，在一定自修复能力下，系统硬件消耗是电子工程师十分关心的问题。学者对胚胎型仿生自修复中的硬件消耗研究较少，缺少系统层面的硬件消耗分析，无法指导胚胎型仿生硬件的应用及研究。本文根据胚胎型仿生口修复系统结构及其口修复原理，建立了系统口修复实现中的硬件消耗模型，并与经典的三模冗余系统进行了硬件消耗对比。通过分析，明确了胚胎型仿生自修复系统的应用范围，对胚胎型仿生自修复系统的设计和应用具有指导意义。1胚胎型仿生自修复系?y基础知识1.1胚胎型仿生自修复系统胚胎型仿生硬件是由结构相同的电子细胞排列而成的均匀二维阵列，因此也被称为胚胎电子阵列，其结构如图1所示［13］。胚胎电子阵列中的每个电子细胞都是具有一定数据处理能力的逻辑单元，由地址产生器、基因库、I/O单元、逻辑单元和自检测单元(Build?InTest,BIT)组成。地址产生器用来计算细胞在电路中的位置，产生细胞在电路中的惟一标识，细胞通过该标识表达对应基因，执行特定的功能；基因库存储整个电路的所有基因，不同的基因代表不同的电路功能及细胞连接方式；I/O单元进行细胞与周围细胞的连接控制，在表达基因配置下控制细胞与阵列中其他细胞的信号交互；逻辑单元执行细胞的逻辑功能，在不同的表达基因配置下执行不同的逻辑功能；BIT在细胞运行过程屮实时检测细胞状态。阵列中每个细胞根据自身位置表达基因库中的特定基因，确定I/O单元连接方式及逻辑块执行的逻辑功能，整个阵列的细胞一起完成冃标电路功能。运行过程中，细胞内的BIT模块实时检测细胞状态，检测到细胞故障时，对外发出细胞故障信号触发修复机制，移除故障细胞，消除故障对目标电路的影响。剩余细胞重新计算位置并更新表达基因，执行新的细胞功能及连接。通过故障细胞的移除和止常细胞的替代，阵列上目标电路功能得以维持，完成胚胎电子阵列上冃标电路的自修复。1.2自...