仿生自修复硬件多层结构模型王南天，钱彦岭，李岳(国防科技大学装备综介保障技术重点实验室，湖南长沙410073)摘要：针对仿生H修复硕件细胞间信号传输复杂、效率低等问题，借鉴内分泌系统中激素的传输方式，提出基于片上网络和近邻连接的4层仿牛自修复硬件结构模型，并以实现FIR(FiniteImpulseResponse)滤波器为例，对模型进行了详细论述。基于该模型的口修复硬件，具有灵活的布线能力与良好的容错能力，农明该模型为高可靠性自修复硬件设计捉供了新途径。关键词：仿生硕件；自修复；内分泌；片上网络；近邻连接；FIR滤波器中图分类号：TP330文献标志码：A文章编号：Multi-layerStructuralArchitectureforBio-inspiredSelf-healingHardwareWANGNantian,QIANYanling,LIYue(ScienceandTechnologyonIntegratedLogisticsSupportLaboratory,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha,Hunan,410073,China)Abstract:Inspiredbythecirculatorysecretionandparacrinofhormone,aimingatsolvingtheproblemssuchaslowefficiency,complexityandetc.duringcellularcommunicating,afour-layerstructuralarchitectureforbio-inspiredself-healinghardwareisproposedbasedonNetworkonChip(NoC)andneighborhoodconnections・Aself-healinghardwarerealizinganFIRfilterbasedonthearchitectureisbroughtintoexplainthearchitectureindetail・Thehardwareshowsflexibleroutingabilityandpotentialgoodfault-tolerantability.Itindicatesthatthestructuralarchitectureprovidesanewapproachtodesignaself-healinghardwarewithhighreliability.Keywords:bio-inspiredhardware;self-healing;incrction;NoC;neighborhood;FIRfilter研制具有口修复能力的通用机器的构想，可以追溯到20世纪50年代。在20世纪90年代，Mange等人为提高电子系统可靠性提出具有白修复能力的胚胎电子阵列(EmbryonicArray),诸多学者相继进行了相关的研究旧】，提出了POEtic⑵和ubichip⑷等仿生硬件。POEtic使用了两层冯•诺依曼近邻连接罔，而ubichip则使用了冯•诺依曼近邻和摩尔结构近邻连接切。基于近邻连接的结构，细胞只与附近相邻的细胞连接，故远距离信号传输慢且需要消耗较多细胞，口修复重构过程因为涉及多个细胞而比较复朵。总线结构⑶被引入解决远距离信号传输的问题，但存在总线时分复用而带宽较小的问题。此外,片上网络(Networkonchip,NoC)因为其高带宽、可扩展性好、灵活等特点［口被应用到口修复硕件中［，，J21o在内分泌系统中，主要冇两种激索传输方式：循环分泌和旁分泌。循环分泌将激索分泌到血液中并通过血液循环系统传输到靶细胞，旁分泌则将激素分泌到组织液中并通过扩散到达靶细胞。基于旁分泌，激素能够通过扩散快速到达靶细胞，但是靶细胞不能够离得太远。而基于循环分泌，激索则可以到达儿乎任意位置的靶细胞，但是会稍微牺牲速度。然而，在内分泌系统中，二者相结合，则体现出很好的效果。这为仿生口修复硕件的体系设计提供了新的思路。在电子系统中，片上网络(Net-workonChip,NoC)l⑶体现出灵活的信号传输特点，这和循环分泌具有-•定的相似性，而近邻连接*收稿日期:2015-XX-XX基金项目：国家部委资助项H(A28201XXXXX)作者简介：王南天(1986—),男，重庆人，博士研究生，E-mail：wangnanl@126.com；钱彦岭(通信作者),男,研究员，博士,E-mail：ylqian@nudt.edu.cn；李岳，男,教授，博士,博士生导师,Email:liyue^nudt.edu.cn1则传输速度快，这有类似旁分泌的特点。木文将NoC与近邻连接相结合，提出一个具有4层次白修复能力的4层硬件结构模型，并以实现广泛应用的FIR滤波器为例，对该模型进行详细介绍。1相关基本知识1.1近邻连接细胞的近邻连接指细胞与附近细胞的一种连接关系。图1为与周围4个（上、下、左、右方向）相邻细胞连接的冯•诺依曼近邻连接结构。如果与周围8个（上、下、左、右、左上、左下、右上、右下方向）细胞连接，则称为摩尔近邻连接。1.2片上网络NoC有学者认为，NoC是指在单芯片上集成大量的计算节点PE以及连接这些资源的片上通信网络（On-ChipNetwork,OCN）冋，因而NoC包括计算和...