专利名称：具有自诊断功能的可配置逻辑块电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可配置逻辑块电路，尤其涉及一种具有自诊断功能的可配置逻辑块电路。
背景技术：
可重构硬件的自诊断是指能够在不需要人为干涉的条件下，达到硬件芯片自主判断故障的目的。可配置逻辑块是可重构硬件的重要组成部分，执行可重构硬件的逻辑功能， 当可配置逻辑块出现故障时电路不能正常执行功能而造成整个硬件系统失效，因此可配置逻辑块自诊断技术的研究十分重要，其相关技术已成为可重构硬件研究的热点之一。传统可重构硬件的基本逻辑单元一般由一个4输入的查找表(LUT)和一个D触发器组成，4输入的查找表根据4个地址输入信号输出不同的逻辑值。在基本逻辑单元发生故障后需丢弃整个LUT，造成资源浪费，硬件利用率不高，且该结构实现逻辑功能的方式单一， 缺乏灵活性。近年来采用较多的针对逻辑资源的故障诊断方法是内建自测试法(BIST)，BIST 法将整个可重构硬件区域分为被测区域和测试区域，被测区域内的LUT作为被测对象，而测试区域内的LUT和多路器被用来作为测试向量生成器和响应分析器。测试过程需要对整个阵列进行集中式控制，某一逻辑�？椴馐曰嵊跋炜芍毓褂布衅渌罅柯呒试吹恼Ｔ诵校唤霾馐怨谈丛樱奔淇泊�。
发明内容
技术问题本发明要提解决的技术方案是提供一种具有自诊断功能的可配置逻辑块电路，其具有灵活的可配置逻辑单元结构，通过可配置逻辑单元内部在线循环自诊断方法，可实现可重构硬件的分布式自诊断。技术方案为了解决上述的技术问题，本发明的具有自诊断功能的可配置逻辑块电路由基本可配置逻辑单元、专用查找表X、存储器、计数器组成，所述的基本可配置逻辑单元由第一二输入一输出功能查找表、第二二输入一输出功能查找表、第三二输入一输出功能查找表、第四二输入一输出功能查找表共四个功能查找表和一个D触发器构成。本发明的技术方案中，将传统的基本逻辑单元中的4输入查找表分为4个二输入一输出查找表的形式，使电路能根据不同的配置模式实现不同的逻辑功能。当新型结构的基本可配置逻辑单元内部发生故障，无需丢弃传统基本逻辑单元中的整个LUT，通过故障定位并且替换发生故障的子 LUT，可实现故障修复功能。更进一步地，所述的基本可配置逻辑单元中，第一地址选择信号入第一二输入一输出功能查找表和第二二输入一输出功能查找表的逻辑低端，第二地址选择信号分别输入第一二输入一输出功能查找表和第二二输入一输出功能查找表的逻辑高端；第一地址选择
3信号和第三地址选择信号经过第十一二选一多路选择器分别输入第三二输入一输出功能查找表和第四二输入一输出功能查找表的逻辑低端；第二地址选择信号和第四地址选择信号经过第十二二选一多路选择器分别输入第三二输入一输出功能查找表和第四二输入一输出功能查找表的逻辑高端；第一二输入一输出功能查找表输出端与第五二选一多路选择器的逻辑低端连接，第二二输入一输出功能查找表输出端与第五二选一多路选择器的逻辑高端连接；第三二输入一输出功能查找表的输出端与第六二选一多路选择器的逻辑低端连接，第四二输入一输出功能查找表的输出端与第六二选一多路选择器的逻辑高端连接；第五二选一多路选择器的输出端分别与第七二选一多路选择器的逻辑低端和第八二选一多路选择器的逻辑高端连接，第六二选一多路选择器的输出端分别与第七二选一多路选择器的逻辑高端和第八二选一多路选择器的逻辑低端连接；第七二选一多路选择器和输出端分别与D触发器D端和第十二选一多路选择器的逻辑低端连接，D触发器Q端与第十二选一多路选择器的逻辑高端连接；第十二选一多路选择器的输出端经过非门与第九二选一多路选择器的逻辑高端连接，第八二选一多路选择器的输出端与第九二选一多路选择器的逻辑低端连接；第三地址选择信号和第一配置模式信号经过第一与门后分别输入第五、第六二选一多路选择器；第四地址选择信号和第二配置模式信号经过第二与门后分别输入第七、 第八二选一多路选择器；第二配置模式信号同时输入第九二选一多路选择器。第一二输入一输出功能查找表、第二二输入一输出功能查找表、第三二输入一输出功能查找表、第四二输入一输出功能查找表的逻辑高端分别经过第一四选一多路选择器输入专用查找表逻辑高端，第一二输入一输出功能查找表、第二二输入一输出功能查找表、 第三二输入一输出功能查找表、第四二输入一输出功能查找表的逻辑低端分别经过第二四选一多路选择器输入专用查找表逻辑低端；第一二输入一输出功能查找表、第二二输入一输出功能查找表、第三二输入一输出功能查找表、第四二输入一输出功能查找表的输出端经过第三四选一多路选择器与异或门第一输入端连接；计数器分别向第一、第二、第三四选一多路选择器发出信号；专用查找表的输出端与异或门第二输入端连接。本发明的技术方案中，查找表X、存储器和计数器构成自诊断�？椋淠芄辉诓恍枰郊硬馐韵蛄亢屯獠可璞傅那榭鱿拢迪挚芍毓褂布脑谙�、自主、分布式的诊断功能， 诊断过程简单、时间开销小。所述的计数器是一个2位循环计数器，计数值在“00”到“11”之间循环变化。存储器的四个地址单元分别存储4个功能查找表的配置数据，存储器根据计数器的输出给专用查找表X配置相应的数据，使专用查找表X与当前待诊断功能查找表具有相同的配置数据。将专用查找表X的输出与相应的待诊断功能查找表的输出进行异或，根据异或值判断功能查找表是否发生了故障。有益效果本发明的有益效果是本发明技术方案的具有自诊断功能的可配置逻辑块电路， 改变了传统的基本逻辑单元结构，使电路逻辑功能的实现方式更具灵活性，通过专用查找表X对可配置逻辑单元内部4个功能查找表的在线循环诊断，真正实现了可重构硬件的分布式自诊断功能，诊断流程简单，时间开销�。布试蠢寐矢摺�
图1是本发明的具有自诊断功能的可配置逻辑块电路图；图2是本发明中的基本可配置逻辑单元电路图；图3是本发明中基于专用查找表X的自诊断原理图。
具体实施例方式如图1所示，本实施例的具有自诊断功能的可配置逻辑块电路，该电路由基本可配置逻辑单元、专用查找表X17、存储器19、计数器18组成，所述的基本可配置逻辑单元由第一二输入一输出功能查找表1、第二二输入一输出功能查找表2、第三二输入一输出功能查找表3、第四二输入一输出功能查找表4和一个D触发器14构成。如图2所示，基本可配置逻辑单元中，第一地址选择信号addrO分别输入第一二输入一输出功能查找表1和第二二输入一输出功能查找表2的逻辑低端，第二地址选择信号addrl分别输入第一二输入一输出功能查找表1和第二二输入一输出功能查找表2的逻辑高端；第一地址选择信号addrO和第三地址选择信号addr2经过第i^一二选一多路选择器11分别输入第三二输入一输出功能查找表3和第四二输入一输出功能查找表4的逻辑低端；第二地址选择信号addrl和第四地址选择信号addr3经过第十二二选一多路选择器 12分别输入第三二输入一输出功能查找表3和第四二输入一输出功能查找表4的逻辑高端；第一二输入一输出功能查找表1输出端与第五二选一多路选择器5的逻辑低端连接，第二二输入一输出功能查找表2输出端与第五二选一多路选择器5的逻辑高端连接；第三二输入一输出功能查找表3的输出端与第六二选一多路选择器6的逻辑低端连接，第四二输入一输出功能查找表4的输出端与第六二选一多路选择器6的逻辑高端连接；第五二选一多路选择器5的输出端分别与第七二选一多路选择器7的逻辑低端和第八二选一多路选择器8的逻辑高端连接，第六二选一多路选择器6的输出端分别与第七二选一多路选择器7 的逻辑高端和第八二选一多路选择器8的逻辑低端连接；第七二选一多路选择器7和输出端分别与D触发器14D端和第十二选一多路选择器10的逻辑低端连接，D触发器14的Q 端与第十二选一多路选择器10的逻辑高端连接；第十二选一多路选择器10的输出端经过非门15与第九二选一多路选择器9的逻辑高端连接，第八二选一多路选择器8的输出端与第九二选一多路选择器9的逻辑低端连接；第三地址选择信号addr2和第一配置模式信号 modeO经过第一与门13后分别输入第五二选一多路选择器5、第六二选一多路选择器6 ；第四地址选择信号addr3和第二配置模式信号model经过第二与门16后分别输入第七二选一多路选择器7、第八二选一多路选择器8 ；第二配置模式信号model同时输入第九二选一多路选择器9。如图2所示，第一二输入一输出功能查找表1、第二二输入一输出功能查找表2、 第三二输入一输出功能查找表3、第四二输入一输出功能查找表4的逻辑高端分别经过第一四选一多路选择器22输入专用查找表17逻辑高端，第一二输入一输出功能查找表1、 第二二输入一输出功能查找表2、第三二输入一输出功能查找表3、第四二输入一输出功能查找表4的逻辑低端分别经过第二四选一多路选择器23输入专用查找表17逻辑低端；第一二输入一输出功能查找表1、第二二输入一输出功能查找表2、第三二输入一输出功能查找表3、第四二输入一输出功能查找表4的输出端经过第三四选一多路选择器20与异或门 21第一输入端连接；计数器18分别向第一四选一多路选择器22、第二四选一多路选择器
523、第三四选一多路选择器20发出信号；专用查找表17的输出端与异或门21第二输入端连接。本实施例中，可配置逻辑模块的配置模式由信号mOde(l:0)决定，共有四种工作模式:1、4-LUT模式，当mOde(l:0)为“ 11”时，16位LUT作为四输入一输出的函数发生器； 2、3-LUT模式，当mode (1:0) % “01”时，16位LUT分为两个8位LUT，每个8位LUT作为三输入一输出的函数发生器，这种模式下的可配置逻辑模块可用于实现算术运算单元，如全加器(在这种模式下addrO、addrl、addr2有效，LUTl和LUT2构成一个8位LUT，LUT3和 LUT4构成一个8位LUT) ；3、2-LUT模式，当mode (1:0)为“00”时，功能模块可分为两个二输入一输出的4位LUT，可用于实现系统中的辅助门电路(在这种模式下，只有LUTl和LUT3 有效，LUTl使用addrO和addrl，LUT3使用addr2和addrf) ；4、移位寄存器模式，当控制信号shift=，1，时，每个LUT工作在移位模式，4个LUT连接构成一个16位的移位寄存器。如图1所示，信号test为诊断使能信号，当拉高test信号后可配置逻辑块电路开始自诊断，信号clk_ch为诊断时钟，它不同于正常工作时钟clk，专门用于诊断过程的时钟配置。如图2所示，基本可配置逻辑单元电路由4个相同的二输入一输出功能查找表和一个D触发器构成。根据不同的配置模式，可配置逻辑单元能够实现不同的逻辑功能，例如普通的门电路、全加器、移位寄存器和函数发生器等，其中配置模式由信号mOde(l:0)决定。信号addrO、addrl、addr2、addr3为可配置逻辑块的地址选择信号，输出信号fimO和 funl为运算之后的输出。信号shift为移位使能信号，当shift拉高时，可配置逻辑单元工作在移位寄存器模式，把输入数据d_in依次移位到第四个功能查找表的输出d_out。基本可配置逻辑单元的输出根据用户需求可配置为触发器模式和非触发器模式。非触发器模式时可以实现组合电路，触发器模式时可以实现时序电路。信号en_reg用于选择电路工作模式，当en_reg= ‘1’时电路工作在触发器模式下，否则工作在非触发器模式下。如图3所示，是基于专用查找表X的自诊断原理图。以待诊断的功能查找表2为例说明计数值为“10”时的自诊断方法。信号js_COn表示当前计数器的值，当js_COn =“10” 时，查找表2开始进行自诊断。存储器根据计数器当前的计数值“10”给专用查找表X配置相应的功能查找表2的数据，从信号端口 dc0n_lut将配置数据传给专用查找表X，此时待诊断查找表2与专用查找表X具有相同的配置数据。专用查找表X输入地址的选择也由计数值js_COn决定，当计数值为” 10”时，选择addr2_0和addr2_l为输入地址，专用查找表 X的地址位和待诊断查找表2的地址位完全相同，专用查找表X的输出为fim_x，待诊断功能查找表2的输出为fim_2。当功能查找表2正常工作时，输出信号fun_x与fim_2相同， 因此可以通过比较两个查找表输出数据的异同来判断查找表2是否发生了故障。
权利要求
1.一种具有自诊断功能的可配置逻辑块电路，该电路由基本可配置逻辑单元、专用查找表(17)、存储器(19)、计数器(18)组成，其特征在于，所述的基本可配置逻辑单元由第一二输入一输出功能查找表(1)、第二二输入一输出功能查找表(2)、第三二输入一输出功能查找表(3)、第四二输入一输出功能查找表(4)和一个D触发器(14)构成。
2.如权利要求1所述的具有自诊断功能的可配置逻辑块电路，其特征在于，所述的基本可配置逻辑单元中，第一地址选择信号(addrO)分别输入第一二输入一输出功能查找表 (1)和第二二输入一输出功能查找表(2)的逻辑低端，第二地址选择信号(addrl)分别输入第一二输入一输出功能查找表(1)和第二二输入一输出功能查找表(2)的逻辑高端；第一地址选择信号(addrO)和第三地址选择信号(addr2)经过第i^一二选一多路选择器(11) 分别输入第三二输入一输出功能查找表(3)和第四二输入一输出功能查找表(4)的逻辑低端；第二地址选择信号(addrl)和第四地址选择信号(addr3)经过第十二二选一多路选择器(12)分别输入第三二输入一输出功能查找表(3)和第四二输入一输出功能查找表(4)的逻辑高端；第一二输入一输出功能查找表(1)输出端与第五二选一多路选择器(5)的逻辑低端连接，第二二输入一输出功能查找表(2)输出端与第五二选一多路选择器(5)的逻辑高端连接；第三二输入一输出功能查找表(3)的输出端与第六二选一多路选择器(6)的逻辑低端连接，第四二输入一输出功能查找表(4)的输出端与第六二选一多路选择器(6)的逻辑高端连接；第五二选一多路选择器(5)的输出端分别与第七二选一多路选择器(7)的逻辑低端和第八二选一多路选择器(8)的逻辑高端连接，第六二选一多路选择器(6)的输出端分别与第七二选一多路选择器(7)的逻辑高端和第八二选一多路选择器(8)的逻辑低端连接；第七二选一多路选择器(7)和输出端分别与D触发器(14) D端和第十二选一多路选择器(10)的逻辑低端连接，D触发器(14) Q端与第十二选一多路选择器(10)的逻辑高端连接；第十二选一多路选择器(10)的输出端经过非门(15)与第九二选一多路选择器(9) 的逻辑高端连接，第八二选一多路选择器(8)的输出端与第九二选一多路选择器(9)的逻辑低端连接；第三地址选择信号(addr2)和第一配置模式信号(modeO)经过第一与门(13) 后分别输入第五、第六二选一多路选择器(5，6)；第四地址选择信号(addr3)和第二配置模式信号(model)经过第二与门(16)后分别输入第七、第八二选一多路选择器(7，8);第二配置模式信号(model)同时输入第九二选一多路选择器(9)。
3.如权利要求2所述的具有自诊断功能的可配置逻辑块电路，其特征在于，第一二输入一输出功能查找表(1)、第二二输入一输出功能查找表(2)、第三二输入一输出功能查找表(3)、第四二输入一输出功能查找表(4)的逻辑高端分别经过第一四选一多路选择器 (22)输入专用查找表(17)逻辑高端，第一二输入一输出功能查找表(1)、第二二输入一输出功能查找表(2)、第三二输入一输出功能查找表(3)、第四二输入一输出功能查找表(4) 的逻辑低端分别经过第二四选一多路选择器(23)输入专用查找表(17)逻辑低端；第一二输入一输出功能查找表(1)、第二二输入一输出功能查找表(2)、第三二输入一输出功能查找表(3)、第四二输入一输出功能查找表(4)的输出端经过第三四选一多路选择器(20)与异或门(21)第一输入端连接；计数器(18)分别向第一、第二、第三四选一多路选择器(22、 23,20)发出信号；专用查找表(17)的输出端与异或门(21)第二输入端连接。
全文摘要
本发明公开了一种具有自诊断功能的可配置逻辑块电路，该电路由基本可配置逻辑单元、专用查找表(17)、存储器(19)、计数器(18)组成，其特征在于，所述的基本可配置逻辑单元由第一二输入一输出功能查找表(1)、第二二输入一输出功能查找表(2)、第三二输入一输出功能查找表(3)、第四二输入一输出功能查找表(4)和一个D触发器(14)构成。本发明技术方案的具有自诊断功能的可配置逻辑块电路，改变了传统的基本逻辑单元结构，使电路逻辑功能的实现方式更具灵活性，通过专用查找表X对可配置逻辑单元内部4个功能查找表的在线循环诊断，真正实现了可重构硬件的分布式自诊断功能，诊断流程简单，时间开销�。布试蠢寐矢�。
文档编号G01R31/28GK102435932SQ20111041084
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者张砦, 王友仁, 王敏, 袁鹏 申请人:南京航空航天大学
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