基于电磁仿生概念的静电放电注入损伤防护模型设计 被引量：18

1

作者 满梦华 巨政权 +3 位作者 原青云 周永学 原亮 刘尚合 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期375-381,共7页

随着半导体制造工艺水平和电路集成度的不断提高,加之电磁环境日趋复杂、多变,使得应用于电子系统的传统电磁防护和抗扰方式的不足正日渐突出,导致典型现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片的电磁抗扰度逐渐下降。以广泛应用的FPGA为研究对象... 随着半导体制造工艺水平和电路集成度的不断提高,加之电磁环境日趋复杂、多变,使得应用于电子系统的传统电磁防护和抗扰方式的不足正日渐突出,导致典型现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片的电磁抗扰度逐渐下降。以广泛应用的FPGA为研究对象,针对典型近场危害源静电放电(ESD)的防护问题,利用试验方法模拟人ESD注入FPGA芯片对其内部电路造成损伤的过程,建立FPGA受ESD损伤的行为级故障模型,结果表明,电子系统与生物系统受损过程具有某些相似的规律。进而基于电磁仿生学的思想,设计了具有冗余机制和结构自组织功能的虚拟细胞模型,利用遗传算法实现故障自修复的功能。最后利用马尔可夫模型分析其稳态可用度,证明在随机ESD事件频繁发生并导致电路损伤时,此模型仍能保持较高的可用度和安全性。 展开更多

关键词 电磁仿生 静电放电 现场可编程逻辑门阵列 故障模型 虚拟细胞 可靠性 马尔科夫模型

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嵌入式高可靠性异构双机冗余系统的设计 被引量：11

2

作者 满梦华 原亮 +2 位作者 丁国良 巨政权 宋亮 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2009年第8期2143-2145,共3页

以复杂电磁环境下嵌入式控制系统的可靠运行为设计目标,提出了基于ARM和FPGA的可重构双机并行处理模型,以期运用备份策略保证系统可靠性。进而,利用马尔可夫过程模型分析此系统的抗电磁干扰能力,证明本模型能够有效地提高系统可靠性。

关键词 可靠性 异构 ARM FPGA 冗余 热备份 马尔可夫过程

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可演化组合逻辑数字电路的静电放电抗扰特性 被引量：5

3

作者 满梦华 刘尚合 +2 位作者 常小龙 巨政权 褚杰 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期2322-2328,共7页

为研究可演化组合逻辑电路对静电放电的抗扰特性,提出了一种基于Cartesian模型和虚拟重配置技术的可演化组合电路系统模型,按照静电放电抗扰度测试标准IEC 61000-4-2分析了电路逻辑功能的受扰规律,归纳为单极性逻辑翻转和瞬态逻辑击穿2... 为研究可演化组合逻辑电路对静电放电的抗扰特性,提出了一种基于Cartesian模型和虚拟重配置技术的可演化组合电路系统模型,按照静电放电抗扰度测试标准IEC 61000-4-2分析了电路逻辑功能的受扰规律,归纳为单极性逻辑翻转和瞬态逻辑击穿2种故障模型。利用故障注入的方法模拟静电放电干扰环境,在故障节点比例逐渐增加的条件下进行了功能电路的演化设计试验。结果表明:当静电干扰事件较少时,演化电路可以快速稳定的演化生成功能完备的数字电路;当静电干扰事件频发且造成大量逻辑单元受扰时,其仍能演化生成适应度达0.9的功能电路。因此,可演化组合逻辑电路在逐渐恶劣的静电放电干扰环境下表现出高可靠的抗扰特性。 展开更多

关键词 电磁防护 电磁防护仿生 静电放电 可演化数字电路 组合逻辑电路 抗扰度测试

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嵌入式系统门级在线自修复技术研究 被引量：3

4

作者 满梦华 原亮 +2 位作者 巨政权 解双建 褚杰 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第19期9-11,16,共4页

为保证复杂电磁环境下嵌入式系统的安全运行,提出一种通用嵌入式系统在线故障自修复模型。基于ARM处理器和商业FPGA芯片实现原型试验系统,借鉴生物系统在遭受一定损伤时能自行康复的特点,结合仿生硬件领域中的内进化试验方法,在原型系... 为保证复杂电磁环境下嵌入式系统的安全运行,提出一种通用嵌入式系统在线故障自修复模型。基于ARM处理器和商业FPGA芯片实现原型试验系统,借鉴生物系统在遭受一定损伤时能自行康复的特点,结合仿生硬件领域中的内进化试验方法,在原型系统上设计重配置执行单元的门级冗余拓扑结构和自律控制单元的演化修复算法。利用马尔可夫模型评价系统的可靠性与稳态可用度。结果表明,在随机电磁损伤事件频繁发生并导致电路功能故障时,该系统能保持较高的可用度和安全性。 展开更多

关键词 嵌入式系统 自修复 电磁仿生 马尔可夫模型 仿生硬件

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小规模在线演化组合电路的ESD主动防护特性 被引量：3

5

作者 满梦华 原亮 +3 位作者 巨政权 常小龙 施威 谢方方 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1077-1082,共6页

利用电磁环境效应实验与行为级失效建模方法，研究了在线演化组合逻辑电路的静电放电（ESD）主动防护特性。首先，基于内进化虚拟重配置技术和笛卡儿遗传编码思想，提出了一种门级在线可重构组合电路系统模型，结合非支配多目标演化算... 利用电磁环境效应实验与行为级失效建模方法，研究了在线演化组合逻辑电路的静电放电（ESD）主动防护特性。首先，基于内进化虚拟重配置技术和笛卡儿遗传编码思想，提出了一种门级在线可重构组合电路系统模型，结合非支配多目标演化算法和演化策略实现了组合电路的多目标演化设计方法。进而，参照国际电工委员会静电放电抗扰度测试标准分析了电路单元的受扰规律并建立了行为级失效模型。最后，选择2位乘法器、2位加法器及北卡罗莱纳微电子中心（MCNC）基准库中的小规模组合逻辑电路为对象，在多种ESD干扰环境下实验证明了演化电路具有高可靠和强容错的主动防护特性。 展开更多

关键词 电磁防护仿生 静电放电(ESD) 组合逻辑 演化电路 主动防护

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嵌入式数字电路故障自修复技术研究 被引量：3

6

作者 满梦华 褚杰 +1 位作者 施威 原亮 《河北科技大学学报》 CAS 北大核心 2011年第S1期142-144,159,共4页

复杂电磁环境下嵌入式信息处理终端安全可靠运行的问题越来越突出,尝试利用仿生学的办法,解决嵌入式数字电路故障自修复的问题。首先,根据嵌入式系统对功耗、成本和可裁剪性的要求,选择用于数字电路内进化设计的虚拟重配置技术并利用商... 复杂电磁环境下嵌入式信息处理终端安全可靠运行的问题越来越突出,尝试利用仿生学的办法,解决嵌入式数字电路故障自修复的问题。首先,根据嵌入式系统对功耗、成本和可裁剪性的要求,选择用于数字电路内进化设计的虚拟重配置技术并利用商业现场可编程逻辑门阵列(FP-GA)芯片实现一种虚拟重配置电路。进而,提出一种具有强容错性能的冗余阵列结构,并结合Ni-osII处理器和遗传修复算法实现具有故障自修复功能的原型试验系统。最后,以2位乘法器为试验对象,利用故障注入的方法验证其故障自修复的性能,结果表明:当冗余阵列内97%的计算节点发生固定型故障时,此方法仍表现出较好的稳定性和有效性。 展开更多

关键词 电磁仿生 内进化 嵌入式系统 故障自修复 故障注入

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静电放电损伤自修复数字电路模型的建立与优化 被引量：6

7

作者 常小龙 刘尚合 +2 位作者 满梦华 李川涛 褚杰 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期2329-2335,共7页

为了使数字电路在产生故障失效后实现功能自动恢复,提高电路可靠性,基于演化硬件(EHW)原理建立了自修复数字电路模型,该模型主要包括微处理器和重配置电路2个部分。利用自修复数字电路模型实现无刷直流电机控制系统中的换相电路,并对换... 为了使数字电路在产生故障失效后实现功能自动恢复,提高电路可靠性,基于演化硬件(EHW)原理建立了自修复数字电路模型,该模型主要包括微处理器和重配置电路2个部分。利用自修复数字电路模型实现无刷直流电机控制系统中的换相电路,并对换相电路进行了故障注入修复实验。深入分析了自修复数字电路模型对电路演化修复的影响,通过引入关键函数对自修复数字电路模型进行了改进。实验结果表明,当注入故障单元数小于总单元数的50%时,改进后的自修复数字电路模型修复率达到100%。因此,该模型能够对部分故障进行成功修复,改进的自修复数字电路模型降低了电路生成时间,提高了电路修复概率和速度。 展开更多

关键词 静电放电(ESD) 故障自修复 重配置电路 关键函数 无刷直流电机 故障修复率

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仿生层级标定与电磁仿生模型建立 被引量：6

8

作者 原亮 巨政权 +4 位作者 满梦华 常小龙 褚杰 丁国良 周永学 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期631-637,共7页

针对不同类型的仿生研究工作，明确了具体的分类方法，建立了仿生坐标，以便于对包括电磁仿生在内的诸多仿生类研究进行层面的标定和级别的划分，以及对所研究的内容在整个仿生领域中进行大致的定位。进而，阐述了电磁仿生研究的基本概... 针对不同类型的仿生研究工作，明确了具体的分类方法，建立了仿生坐标，以便于对包括电磁仿生在内的诸多仿生类研究进行层面的标定和级别的划分，以及对所研究的内容在整个仿生领域中进行大致的定位。进而，阐述了电磁仿生研究的基本概念与所涉及的学科类型等内容，提出了电磁仿生研究中的生物．电子对等模型和总体构成，细化了具体研究的方向、设想和防护模式，并从原型实现的工程策略角度介绍了电磁仿生防护研究中“三防线”的基本概念和相应的技术方法。 展开更多

关键词 仿生学 仿生分类 仿生坐标 电磁仿生 电磁防护

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FPGA静电损伤容错系统设计及演化修复能力研究 被引量：4

9

作者 巨政权 原亮 +1 位作者 满梦华 常小龙 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期2848-2857,共10页

为探索静电放电对可编程逻辑器件的静电损伤(ESD)效应及其防护方法,选用人体模型,并利用ESS-606AESD模拟器对CycloneⅡFPGA芯片EP2C5Q208进行了ESD注入损伤效应试验。在此基础上,以演化硬件(EHW)技术为核心构建了一个具有自修复特性的... 为探索静电放电对可编程逻辑器件的静电损伤(ESD)效应及其防护方法,选用人体模型,并利用ESS-606AESD模拟器对CycloneⅡFPGA芯片EP2C5Q208进行了ESD注入损伤效应试验。在此基础上,以演化硬件(EHW)技术为核心构建了一个具有自修复特性的强容错电子系统,并对其进行了故障注入试验。结果表明:ESD对FPGA不造成芯片损毁,只对放电管脚及其相关逻辑单元造成损伤,未放电管脚及芯片内部绝大部分逻辑单元功能完好。同时发现,系统演化修复能力与系统故障状况间具有较为明显的规律:(1)随着系统故障量的增大,影响系统演化修复能力的主要因素从演化算法的效率逐步转变为演化修复过程中的故障"避让"概率;(2)系统的演化修复能力与故障数量符合指数衰减规律。 展开更多

关键词 可编程逻辑器件 静电损伤(ESD) 容错系统 演化硬件(EHW) 自修复 演化修复能力

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电磁防护仿生技术研究的进展与展望 被引量：3

10

作者 常小龙 赵国亮 +1 位作者 武翠霞 满梦华 《计算机工程与设计》 CSCD 北大核心 2013年第4期1517-1520,F0003,共5页

为了从生物中汲取灵感,进而设计抗干扰能力强、可靠性高的电子系统,对近些年新兴的电磁防护仿生技术的发展脉络进行了详细总结。阐述了电磁防护仿生技术主要研究内容,并展示了现阶段电磁防护仿生研究已取得的成果。生物的神经系统是高... 为了从生物中汲取灵感,进而设计抗干扰能力强、可靠性高的电子系统,对近些年新兴的电磁防护仿生技术的发展脉络进行了详细总结。阐述了电磁防护仿生技术主要研究内容,并展示了现阶段电磁防护仿生研究已取得的成果。生物的神经系统是高度复杂的信息处理和控制系统,具有自组织和自适应的优良特性,同时也具有很高的容错能力。因此,结合神经信息处理方式、编码特点和集成电路实现,进一步探讨和分析了进行电磁防护仿生研究的新思路。 展开更多

关键词 电磁防护仿生 电子系统 电磁环境 演化硬件 神经系统

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电子系统的层次分解及建模 被引量：6

11

作者 巨政权 原亮 +1 位作者 满梦华 王创伟 《现代电子技术》 2011年第5期18-20,共3页

从电子系统的结构层面进行分析,将其分解为系统功能模块和连接结构模块两大部分,构建了电子系统的层次结构模型。将电子系统的连接结构映射为一种稀疏矩阵,从而将电子系统的设计、故障监测、故障修复等问题转化为特定功能模块下带参数... 从电子系统的结构层面进行分析,将其分解为系统功能模块和连接结构模块两大部分,构建了电子系统的层次结构模型。将电子系统的连接结构映射为一种稀疏矩阵,从而将电子系统的设计、故障监测、故障修复等问题转化为特定功能模块下带参数的矩阵求解与优化问题,为电子系统中生物特性的引入提供新的思路。最后从电子系统实际连接状态与结构矩阵之间的对应性出发,证明了模型的可行性。 展开更多

关键词 生物系统 电子系统 层次结构 电磁仿生学

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仿生容错系统演化修复能力研究 被引量：2

12

作者 巨政权 满梦华 +1 位作者 褚杰 常小龙 《计算机工程》 CAS CSCD 2012年第10期234-236,240,共4页

基于演化硬件技术构建一种仿生容错系统,通过不同模式、数量的故障注入对其演化修复能力进行研究,得到系统故障状况与演化修复能力间的关系:(1)随着故障数量的增加,系统演化修复能力的主要影响因素从演化算法的效率逐步向演化修复过程... 基于演化硬件技术构建一种仿生容错系统,通过不同模式、数量的故障注入对其演化修复能力进行研究,得到系统故障状况与演化修复能力间的关系:(1)随着故障数量的增加,系统演化修复能力的主要影响因素从演化算法的效率逐步向演化修复过程中的故障"躲避"概率转移;(2)系统的演化修复能力与故障数量符合指数衰减规律。 展开更多

关键词 仿生容错 演化硬件 自修复 静电放电 故障注入 演化修复能力

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三模冗余演化自修复系统可靠性及状态规律分析 被引量：2

13

作者 巨政权 郑见灵 +1 位作者 满梦华 常小龙 《电讯技术》 北大核心 2012年第2期245-249,共5页

为研究三模冗余演化自修复系统可靠性及状态规律,首先给出了系统架构及其工作流程,继而以马尔科夫(Markov)过程理论为基础对其进行了可靠性建模,最后基于此模型对系统可靠性及状态规律进行了仿真研究。结果表明:修复率与故障率比值是影... 为研究三模冗余演化自修复系统可靠性及状态规律,首先给出了系统架构及其工作流程,继而以马尔科夫(Markov)过程理论为基础对其进行了可靠性建模,最后基于此模型对系统可靠性及状态规律进行了仿真研究。结果表明:修复率与故障率比值是影响系统可靠性的主要因素;系统运作区间以可用度与可靠度差值的极值分为两大部分,极值点前,系统主要处于状态0、1,演化修复作用对系统可靠性贡献不大;极值点后,系统在状态1、2间转换概率提高,演化修复作用成为提高系统可靠性主要因素。所得结论对特定环境中系统的设计、应用、评估具有一定的理论指导意义。 展开更多

关键词 电子系统 容错技术 三模冗余 演化硬件 自修复 马尔科夫模型 可靠性

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电磁防护仿生原理与故障自修复机制研究 被引量：2

14

作者 原亮 满梦华 常小龙 《中国工程科学》 北大核心 2014年第3期76-85,102,共11页

借鉴生物神经网络信息传递的抗扰特点,开展了电磁干扰环境下通过仿生方式进行的电子电路抗扰与防护研究,以便采用新原理、新技术和新方法解决传统的电磁干扰防护手段不足的问题。通过基于布尔模型的复杂生物网络拓扑建模与简并特征分析... 借鉴生物神经网络信息传递的抗扰特点,开展了电磁干扰环境下通过仿生方式进行的电子电路抗扰与防护研究,以便采用新原理、新技术和新方法解决传统的电磁干扰防护手段不足的问题。通过基于布尔模型的复杂生物网络拓扑建模与简并特征分析,证明了网络简并性与功能鲁棒性之间的相互作用关系,以解决抗扰原理问题;通过构建基于神经元电路和可塑突触电路的神经网络电路模型,分析了突触权重的分布对于网络自修复特性的影响,以解决防护机制问题。进而,为电磁防护仿生原理及自修复机制的深入研究形成了一定的理论基础并完成了前期实践。 展开更多

关键词 仿生学 电磁仿生 电磁防护 简并性 可塑性 鲁棒性

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一种适用于功能电路的自组织神经网络模型构建 被引量：2

15

作者 巨政权 张海川 满梦华 《电讯技术》 北大核心 2011年第8期90-95,共6页

借鉴信息在生物体神经系统内的传递过程及电子电路的构造特点,提出了一种适用于功能电路的自组织神经网络模型及构建方法。首先提出了神经元、神经网络模型,分析了信号传递过程;然后描述了功能电路到神经网络的映射关系,给出了神经网络... 借鉴信息在生物体神经系统内的传递过程及电子电路的构造特点,提出了一种适用于功能电路的自组织神经网络模型及构建方法。首先提出了神经元、神经网络模型,分析了信号传递过程;然后描述了功能电路到神经网络的映射关系,给出了神经网络自组织特性实现方法;最后以2×2乘法器为功能电路,验证了此模型对功能电路的承载性及自组织特性。结果表明:模型与电子电路具有较好的对等映射关系,在权值变换方面也可极大降低硬件实现的难度。同时,该模型可望为复杂电磁环境下电子系统的仿生防护研究提供一定的理论和实验参考。 展开更多

关键词 电子系统 电磁干扰 功能电路 自组织神经网络 仿生防护

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时序逻辑电路在片进化设计与实现

16

作者 娄建安 李川涛 +1 位作者 常小龙 满梦华 《郑州大学学报（工学版）》 CAS 北大核心 2012年第6期10-14,共5页

针对EHW(Evolvable Hardware)技术在电子设计自动化、容错运行、自诊断、自适应和自修复等方面的特点,借鉴传统时序电路设计的方法,建立了适应于片内进化的时序电路演化模型和基于XilinxFPGA Virtex-5(XC5VLX110T)的Microblaze软核结构... 针对EHW(Evolvable Hardware)技术在电子设计自动化、容错运行、自诊断、自适应和自修复等方面的特点,借鉴传统时序电路设计的方法,建立了适应于片内进化的时序电路演化模型和基于XilinxFPGA Virtex-5(XC5VLX110T)的Microblaze软核结构,并运行GA算法对本文设计的VRC进行配置、演化.进而,利用设计的时序电路演化模型成功演化了1001检波器以及二、四、八分频器等时序逻辑电路,验证了本模型的有效性、通用性,并深入分析了演化算法中的随机数种子对演化性能的影响,可为演化算法设计提供一定的参考. 展开更多

关键词 时序逻辑 演化 在片电路 MICROBLAZE

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电磁防护仿生研究进展 被引量：8

17

作者 刘尚合 马贵蕾 +2 位作者 满梦华 张明亮 张永强 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1750-1761,共12页

随着电磁环境日趋复杂及电子系统电磁敏感度不断升高,传统电磁防护技术的不足正日渐突出,电子系统的电磁环境适应性面临严峻挑战,亟需创新电磁防护理论与技术。受生物鲁棒性启发以提高电子系统的抗扰度为目的开展电磁防护仿生研究,为解... 随着电磁环境日趋复杂及电子系统电磁敏感度不断升高,传统电磁防护技术的不足正日渐突出,电子系统的电磁环境适应性面临严峻挑战,亟需创新电磁防护理论与技术。受生物鲁棒性启发以提高电子系统的抗扰度为目的开展电磁防护仿生研究,为解决这些科学难题提供了新的思路,并引起国内外研究者的广泛关注。重点对生物鲁棒性启发的电磁防护仿生研究现状及相关研究进行了较全面的综述。具体阐述了开展电磁防护仿生研究的动机、内涵及研究路线,综述了近年来国内外开展生物鲁棒性启发的电磁防护仿生研究的最新进展,指出了该研究面临的挑战及未来潜在的研究方向。 展开更多

关键词 电磁防护仿生 复杂电磁环境 生物鲁棒性 生物神经系统 人工智能

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基于符号回归的静电电压测试补偿算法

18

作者 冯亚辉 满梦华 魏明 《现代电子技术》 2023年第8期15-20,共6页

为解决非接触式静电电位传感器测量数据的补偿问题,文中提出一种基于符号回归的波形补偿算法。设计一种非接触式静电电位传感器校准实验平台,通过遍历测试距离、校准电压和校准频率的参数组合,获得测试结果的样本训练数据;再利用符号回... 为解决非接触式静电电位传感器测量数据的补偿问题,文中提出一种基于符号回归的波形补偿算法。设计一种非接触式静电电位传感器校准实验平台,通过遍历测试距离、校准电压和校准频率的参数组合,获得测试结果的样本训练数据;再利用符号回归方法建立从测试结果到校准电压的补偿函数模型,以降低测量距离对测量结果的影响。实验结果表明,基于符号回归的波形补偿算法可行、有效,能够为提高非接触式电位测量的准确性提供一种新手段。另外,基于模型参数与补偿结果,提出一种符号回归的改善方法,即引入损失函数用来减小函数模型的复杂度,利用神经网络卷积学习的方法发现种群与原始数据中的隐藏特征,从而明确演化方向,并针对特定的问题设定特定的评价指标,进一步优化符号回归模型的准确性。 展开更多

关键词 符号回归 静电电位传感器 电位测量 波形补偿 距离校准 非接触式 样本训练

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