CN116203826A - 基于投票器的冗余控制方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

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CN116203826A CN202111448885.8A CN202111448885A CN116203826A CN 116203826 A CN116203826 A CN 116203826A CN 202111448885 A CN202111448885 A CN 202111448885A CN 116203826 A CN116203826 A CN 116203826A
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朱建峰
尹首一
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Abstract

本发明公开了一种基于投票器的冗余控制方法，应用于计算机技术领域，包括：获取目标硬件中的处理单元阵列，该处理单元阵列包括多个处理单元，从该处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合，每组该处理单元对应生成一个投票器，该投票器用于执行冗余控制中的投票操作，响应于检测到的投票器处于故障状态的消息，从该投票器集合中获取目标投票器以替换该检测到的投票器，并使用该目标投票器重新执行该冗余控制中的投票操作。本发明还公开了一种基于投票器的冗余控制装置、电子设备及存储介质，其基于目标硬件的处理单元阵列实现，也即基于有限资源实现，无需其它额外资源，同时，可解决投票器故障的问题，在投票器故障时立即做出反应。

Description

基于投票器的冗余控制方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于投票器的冗余控制方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
随着电子行业的迅速发展，集成电路的性能和功能都有了大幅的提高，也被广泛应用于人工智能、汽车电子、航空航天、网络通信、云计算、生物信息、医疗等领域中，因此，对于集成电路可靠性的问题成为电子行业关注的焦点。
当前提升集成电路可靠性的方案一般采用空间冗余技术，利用多条冗余支路分别执行同一程序，再将得到的计算结果采用投票器执行投票操作来实现，而目前现有技术中通常通过改变硬件设备中处理单元的结构使其适合执行空间冗余和投票操作，或者，假设有足够多的处理单元来实现空间冗余和投票操作，因此，对硬件资源要求的开销比较大，且当投票器出现故障时无法处理。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种无需额外开销，且可处理投票器故障问题的基于投票器的冗余控制方法、装置、电子设备及存储介质。
为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种基于投票器的冗余控制方法，包括：
获取目标硬件中的处理单元阵列，所述处理单元阵列包括多个处理单元；
从所述处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合，每组所述处理单元对应生成一个投票器，所述投票器用于执行冗余控制中的投票操作；
响应于检测到的投票器处于故障状态的消息，从所述投票器集合中获取目标投票器以替换所述检测到的投票器，并使用所述目标投票器重新执行所述冗余控制中的投票操作。
在本发明一个实施例中，所述获取目标硬件中的处理单元阵列之前，包括：
获取所述目标硬件采用的冗余模式和与所述冗余模式对应的投票器，所述冗余模式包括N模冗余或双模冗余，N＞2，且N为整数，当所述冗余模式为N模冗余时，所述目标硬件采用连接N条冗余支路的N模投票器，当所述冗余模式为双模冗余时，所述目标硬件采用连接两条冗余支路的双模投票器；
在所述冗余模式为N模冗余的情况下，执行所述获取目标硬件中的处理单元阵列的操作；
在所述冗余模式为双模冗余的情况下，响应于检测到的所述双模投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息，将所述目标硬件采用的冗余模式切换为所述N模冗余。
在本发明一个实施例中，所述方法还包括：
将所述处理单元阵列中的处理单元划分为N组运算单元和至少一组空闲单元，所述N组运算单元和所述至少一组空闲单元之间的互联关系等价，每组所述运算单元用于执行一条冗余支路的计算操作，每组所述空闲单元用于当存在运算单元处于故障状态时替换处于故障状态的所述运算单元所在的一组运算单元执行所述计算操作；
响应于检测到的投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息，用所述一组将所述空闲单元替换处于故障状态的运算单元所在的一组运算单元，并重新执行所述冗余支路的计算操作。
在本发明一个实施例中，所述从所述处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合包括：
获取冗余模式为N模冗余的投票器模型；
利用整数线性规划，对所述投票器模型进行静态编译，得到编译结果；
根据所述编译结果从所述处理单元阵列中选择一组处理单元以用于构成的投票器；
在所述处理单元阵列中，查找与所述一组处理单元具有相同互联关系的所有处理单元组；
基于所述投票器和所述所有处理单元组，生成所述投票器集合，其中每组所述处理单元用于构成一个投票器。
在本发明一个实施例中，所述投票器集合中包括待排序投票器和已排序投票器，所述已排序投票器中排序第一的投票器为所述投票器集合中的任意一个投票器，所述生成投票器集合之后，还包括：
获取所述投票器集合中的所有待排序投票器和所有已排序投票器；
计算每一个所述待排序投票器与每一个所述已排序投票器之间的相似度；
对于每一个所述待排序投票器，计算所述待排序投票器与每一个所述已排序投票器之间的相似度的平均值；
将所述平均值最小的待排序投票器作为已排序投票器，排在所述所有已排序投票器的下一个，并再次执行所述获取所述投票器集合中的所有待排序投票器和所有已排序投票器的操作，直至所述投票器集合中的所有投票器排序完成。
在本发明一个实施例中，所述计算每一个所述待排序投票器与每一个所述已排序投票器之间的相似度，包括：
当所述待排序投票器对应的一组处理单元与所述已排序投票器对应的一组处理单元中存在同一处理单元，且所述处理单元在所述待排序投票器对应的一组处理单元中的位置与在所述已排序投票器对应的一组处理单元中的位置相同时，则将所述待排序投票器和所述已排序投票器的相似度值增加第一预设值；
当所述待排序投票器对应的一组处理单元与所述已排序投票器对应的一组处理单元中存在同一处理单元，且所述处理单元在所述待排序投票器对应的一组处理单元中的位置与在所述已排序投票器对应的一组处理单元中的位置不同时，则将所述待排序投票器和所述已排序投票器的相似度值增加第二预设值，所述第二预设值小于所述第一预设值；
对于每一个待排序投票器，计算所述第一预设值与所述第二预设值的和，得到所述待排序投票器与所述已排序投票器之间的相似度。
在本发明一个实施例中，所述从所述投票器集合中获取目标投票器以替换所述检测到的投票器，并使用所述目标投票器重新执行所述冗余控制中的投票操作包括：
获取所述投票器集合中排序在所述检测到的投票器后的下一投票器；
使用所述下一投票器对应的一组处理单元重新执行所述投票操作。
在本发明一个实施例中，所述目标硬件为软件定义芯片或现场可编程门阵列。
本发明实施例第二方面提供一种基于投票器的冗余控制装置，包括：
获取模块，用于获取目标硬件中的处理单元阵列，所述处理单元阵列包括多个处理单元；
生成模块，用于从所述处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合，每组所述处理单元对应生成一个投票器；
投票器，用于执行冗余控制中的投票操作；
替换模块，用于响应于检测到的投票器处于故障状态的消息，从所述投票器集合中获取目标投票器以替换所述检测到的投票器；
所述目标投票器，用于重新执行所述冗余控制中的投票操作。
在本发明一实施例中，所述装置还包括：
冗余模式获取模块，用于获取所述目标硬件采用的冗余模式和与所述冗余模式对应的投票器，所述冗余模式包括N模冗余或双模冗余，N＞2，且N为整数，当所述冗余模式为N模冗余时，所述目标硬件采用连接N条冗余支路的N模投票器，当所述冗余模式为双模冗余时，所述目标硬件采用连接两条冗余支路的双模投票器；
获取模块，还用于在所述冗余模式为N模冗余的情况下，执行所述获取目标硬件中的处理单元阵列的操作；
切换模块，用于在所述冗余模式为双模冗余的情况下，响应于检测到的所述双模投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息，将所述目标硬件采用的冗余模式切换为所述N模冗余。
在本发明一实施例中，所述装置还包括：
划分模块，用于将所述处理单元阵列中的处理单元划分为N组运算单元和至少一组空闲单元，所述N组运算单元和所述至少一组空闲单元之间的互联关系等价，每组所述运算单元用于执行一条冗余支路的计算操作，每组所述空闲单元用于当存在运算单元处于故障状态时替换处于故障状态的所述运算单元所在的一组运算单元执行所述计算操作；
单元替换模块，用于响应于检测到的投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息，用所述一组空闲单元替换处于故障状态的运算单元所在的一组运算单元，并重新执行所述冗余支路的计算操作。
在本发明一实施例中，所述生成模块包括：
获取子模块，用于获取冗余模式为N模冗余的投票器模型；
静态编译子模块，用于利用整数线性规划，对所述投票器模型进行静态编译，得到编译结果；
选择子模块，用于根据所述编译结果从所述处理单元阵列中选择一组处理单元以用于构成的投票器；
查找子模块，用于在所述处理单元阵列中，查找与所述一组处理单元具有相同互联关系的所有处理单元组；
生成子模块，用于基于所述投票器和所述所有处理单元组，生成所述投票器集合，其中每组所述处理单元用于构成一个投票器。
在本发明一实施例中，所述投票器集合中包括待排序投票器和已排序投票器，所述已排序投票器中排序第一的投票器为所述投票器集合中的任意一个投票器，所述装置还包括：
投票器获取模块，用于获取所述投票器集合中的所有待排序投票器和所有已排序投票器；
相似度计算模块，用于计算每一个所述待排序投票器与每一个所述已排序投票器之间的相似度；
平均值计算模块，用于对于每一个所述待排序投票器，计算所述待排序投票器与每一所述个已排序投票器之间的相似度的平均值；
排序模块，用于将所述平均值最小的待排序投票器作为已排序投票器，排在所述已排序投票器的下一个，并再次执行所述获取所述投票器集合中的所有待排序投票器和所有已排序投票器的操作，直至所述投票器集合中的所有投票器排序完成。
在本发明一实施例中，所述相似度计算模块包括：
第一计算子模块，用于当所述待排序投票器对应的一组处理单元与所述已排序投票器对应的一组处理单元中存在同一处理单元，且所述处理单元在所述待排序投票器对应的一组处理单元中的位置与在所述已排序投票器对应的一组处理单元中的位置相同时，则将所述待排序投票器和所述已排序投票器的相似度值增加第一预设值；
第一计算子模块，用于当所述待排序投票器对应的一组处理单元与所述已排序投票器对应的一组处理单元中存在同一处理单元，且所述处理单元在所述待排序投票器对应的一组处理单元中的位置与在所述已排序投票器对应的一组处理单元中的位置不同时，则将所述待排序投票器和所述已排序投票器的相似度值增加第二预设值，所述第二预设值小于所述第一预设值；
和计算子模块，用于对于每一个待排序投票器，计算所述第一预设值与所述第二预设值的和，得到所述待排序投票器与所述已排序投票器之间的相似度。
在本发明一实施例中，所述替换模块具体用于获取所述投票器集合中排序在所述检测到的投票器后的下一投票器以替换所述检测到的投票器；
所述目标投票器具体用于使用所述下一投票器对应的一组处理单元重新执行所述冗余控制中的投票操作。
在本发明一实施例中，所述目标硬件为软件定义芯片或现场可编程门阵列。
本发明实施例第三方面提供了一种电子设备，包括：
存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现本发明实施例第一方面提供的基于投票器的冗余控制方法。
本发明实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例第一方面提供的基于投票器的冗余控制方法。
根据本发明实施例，本发明提供的基于投票器的冗余控制方法、装置、电子设备和存储介质，获取目标硬件中的处理单元阵列，该处理单元阵列包括多个处理单元，从该处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合，每组该处理单元对应生成一个投票器，该投票器用于执行冗余控制中的投票操作，响应于检测到的投票器处于故障状态的消息，从该投票器集合中获取目标投票器以替换该检测到的投票器，重新执行该冗余控制中的投票操作，其基于目标硬件的处理单元阵列实现，也即基于有限资源实现，无需其它额外资源，同时，可解决投票器故障的问题，在投票器故障时立即做出反应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的基于投票器的冗余控制方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的基于投票器的冗余控制方法的流程示意图；
图3为本发明一实施例提供的基于投票器的冗余控制方法的流程示意图；
图4为本发明一实施例提供的图1所示的操作S102的流程示意图；
图5为本发明一实施例提供的基于投票器的冗余控制方法的流程示意图；
图6为本发明一实施例提供的基于投票器的冗余控制装置的结构示意图；
图7示出了一种电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种基于投票器的冗余控制方法，包括：获取目标硬件中的处理单元阵列，该处理单元阵列包括多个处理单元，从该处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合，每组该处理单元对应生成一个投票器，该投票器用于执行冗余控制中的投票操作，响应于检测到的投票器处于故障状态的消息，从该投票器集合中获取目标投票器以替换该检测到的投票器，并使用目标投票器重新执行该冗余控制中的投票操作。该基于投票器的冗余控制方法在目标硬件的有限资源上实现，无需其它额外资源，同时，可解决投票器故障的问题，在投票器故障时立即做出反应。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在各实施例之间不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
请参阅图1，图1为本发明一实施例提供的基于投票器的冗余控制方法的流程示意图。该基于投票器的冗余控制方法的执行主体为投票设备，可以理解的是，该投票设备可以实现为软件，或者软件和硬件的组合。该方法主要包括以下操作：
S101、获取目标硬件中的处理单元阵列，该处理单元阵列包括多个处理单元。
在本发明中，该目标硬件是指实现该基于投票器的冗余控制方法的硬件设备，该目标硬件可以是需要实现投票操作的任一硬件设备，例如，软件定义芯片或者现场可编程逻辑门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)等。
在本发明中，处理单元阵列(PEA，Processing Element Array)是指目标硬件中执行计算操作的最小运算单元的集合。PEA中包括多个处理单元(PE，Processing Element)，PE也即执行计算操作的最小运算单元。
S102、从该处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合，每组该处理单元对应生成一个投票器，该投票器用于执行冗余控制中的投票操作。
在本发明中，在目标硬件运行程序时，采用冗余控制技术，利用与冗余控制技术对应类别的投票器对程序的运行结果执行投票操作，以提升硬件容错能力。投票器的种类根据目标硬件采用的空间冗余的方式而定，例如，若目标硬件的冗余方式采用三模冗余(TMR，triple modular redundancy)，则投票器为连接三条冗余支路的三模投票器，若目标硬件的冗余方式采用双模冗余(DMR，double modular redundancy)，则投票器为连接两条冗余支路的两模投票器。其中，每一条冗余支路均用于独立执行上述程序，得到一个运行结果。投票器用于基于少数服从多数的投票原理，从多个运行结果中投票选择出正确的运行结果。
在本发明中，从处理单元阵列中选取多组处理单元，每组处理单元可用于对应生成一个投票器，也即每组处理单元均可实现该投票器的投票逻辑，利用该组处理单元即可执行投票操作。在一个示例中，处理单元阵列为{PE0、PE1、PE2、PE3、PE4、PE5、PE6、PE7、PE8、PE9、PE10、PE11、PE12、PE13、PE14、PE15}，从处理单元阵列中选择出{PE1、PE3、PE4、PE5、PE6、PE7、PE9}、{PE3、PE4、PE5、PE6、PE10、PE11}、{PE0、PE3、PE4、PE5、PE6、PE7、PE8、PE9}等三组处理单元用于执行投票操作。
S103、响应于检测到的投票器处于故障状态的消息，从该投票器集合中获取目标投票器以替换该检测到的投票器，并使用目标投票器重新执行该冗余控制中的投票操作。
在本发明中，投票器可以输出对于程序的运行结果的投票结果和检测到的故障检测结果，该故障检测结果可以包括冗余支路故障和投票器故障。当输出的故障检测结果表示投票器故障时，则发出投票器处于故障状态的消息，当输出的故障检测结果表示投票器连接的冗余支路故障时，则发出投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息。
在本发明中，目标投票器可以是投票器集合中除已故障投票器外的任意一个投票器，也可以是与该已故障投票器具有特定关系的投票器，该特定关系例如，与该已故障投票器之间的相似度最小，或者，与该已故障投票器的相似度在预设阈值范围内，本发明对该特定关系不做具体限定。
根据本发明实施例，获取目标硬件中的处理单元阵列，该处理单元阵列包括多个处理单元，从该处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合，每组该处理单元对应生成一个投票器，该投票器用于执行冗余控制中的投票操作，响应于检测到的投票器处于故障状态的消息，从该投票器集合中获取目标投票器以替换该检测到的投票器，并使用该目标投票器重新执行该冗余控制中的投票操作，上述方法基于目标硬件的处理单元阵列实现，也即基于有限资源实现无需其它额外资源，极大提升了该方法的通用性，同时，可解决投票器故障的问题，在投票器故障时立即做出反应。
请参阅图2，图2为为本发明一实施例提供的基于投票器的冗余控制方法的流程示意图。在上述图1所示实施例的基础上，结合图1继续参考图2所示，本实施例所示的基于投票器的冗余控制方法还包括以下操作：
S201、获取该目标硬件采用的冗余模式和与该冗余模式对应的投票器。
在该冗余模式为N模冗余的情况下，执行上述操作S101、获取目标硬件中的处理单元阵列。
在该冗余模式为双模冗余的情况下，执行操作S202、响应于检测到的该双模投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息，将该目标硬件采用的冗余模式切换为该N模冗余。
在本发明中，该冗余模式包括N模冗余或双模冗余，N＞2，且N为整数，当该冗余模式为N模冗余时，该目标硬件采用连接N条冗余支路的N模投票器，当该冗余模式为双模冗余时，该目标硬件采用连接两条冗余支路的双模投票器。
在本发明中，以N模冗余为三模冗余为例进行说明，在三模冗余中如果有一条冗余支路处于故障状态造成程序的运行结果计算错误，另外两条冗余支路得出的程序的运行结果计算正确，则仍然可以通过执行投票操作得到一个正确的结果，然而在双模冗余中，由于只能得出两条冗余支路的输出值，而当两条冗余支路的输出值不匹配时，则无法通过执行投票操作在故障发生时输出正确的结果。
根据本发明实施例，当目标硬件采用双模冗余的方式时，若投票器连接的冗余支路处于故障状态，可通过动态编译，也即采用将目标硬件的冗余模式切换至N模冗余的方式，来确保目标硬件的可靠性。
请参阅图3，图3为为本发明一实施例提供的基于投票器的冗余控制方法的流程示意图。在上述图1或图2所示实施例的基础上，继续参考图3所示，本实施例所示的基于投票器的冗余控制方法还包括以下操作：
S301、将该处理单元阵列中的处理单元划分为N组运算单元和至少一组空闲单元。
S302、响应于检测到的投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息，将该一组空闲单元替换处于故障状态的运算单元所在的一组运算单元，并重新执行该冗余支路的计算操作。
在本发明中，该N组运算单元和该至少一组空闲单元之间的互联关系等价，每组该运算单元用于执行一条冗余支路的计算操作，每组该空闲单元用于当存在运算单元处于故障状态时替换处于故障状态的该运算单元所在的一组运算单元执行该计算操作
在本发明中，互联关系是指运算单元之间的连接关系，互联关系等价是指每组运算单元的数量相同，且每组运算单元中运算单元的连接关系相同。
在本发明中，可将任意一组运算单元进行静态编译，编译后的该组运算单元即可用于执行一条冗余支路的计算操作。更多的，在对该组运算单元进行静态编译后，可将编译结果利用模板转换法映射到剩余组的运算单元上，以实现对剩余组的运算单元的静态编译。
在本发明中，划分出的运算单元的组数N不小于目标硬件采用的投票器连接的冗余支路的个数，例如，当目标硬件采用的冗余模式为三模冗余，也即投票器连接的冗余支路的个数为3，也即N≥3，则将处理单元阵列中的处理单元划分为至少3组运算单元，当目标硬件采用的冗余模式为四模冗余，也即投票器连接的冗余支路的个数为4，也即N≥4，则将处理单元阵列中的处理单元划分为至少4组运算单元。
在本发明中，不对处理单元阵列中的处理单元的具体划分做出具体限定，满足N组该运算单元的互联关系等价即可。以处理单元阵列由4×4个处理单元构成，N＝3为例，则每组运算单元可以包括1至4个处理单元，例如，可以将该处理单元阵列划分成每组包括4个处理单元的三组运算单元，剩余的4个处理单元构成该一组空闲单元。又例如，可以将该处理单元阵列划分成每组包括3个处理单元的三组运算单元，剩余的7个处理单元可构成两组空闲单元。
本发明根据本发明实施例，将该处理单元阵列中的处理单元划分为N组运算单元和至少一组空闲单元，该N组运算单元和至少一组空闲单元的互联关系等价，当投票器连接的冗余支路处于故障状态时，用空闲单元组替换冗余支路上处于故障状态的运算单元组，这种方式基于目标硬件的处理单元阵列实现，也即基于有限资源实现，无需其它额外资源，极大提升了通用性，同时，可及时解决冗余支路处于故障状态的问题。
请参阅图4，图4为图1所示的操作S102的流程示意图。在上述实施例的基础上，继续参考图1所示，本实施例中，操作S102、从该处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合可以包括：
S401、获取冗余模式为N模冗余的投票器模型。
在本发明中，可理解的，若目标硬件的冗余方式采用三模冗余，则投票器模型为连接三条冗余支路的三模投票器，若目标硬件的冗余方式采用五模冗余，则投票器为连接五条冗余支路的五模投票器。
S402、利用整数线性规划，对该投票器模型进行静态编译，得到编译结果。
S403、根据该编译结果从得到该处理单元阵列中选择一组处理单元以用于构成的投票器。
在本发明中，整数线性规划(ILP，integer linear programming)是变量取整数值的线性规划，是软件定义芯片中的一种静态编译的常见抽象方法，借助ILP可以进行最优解的求解，以满足对启动间隔、资源使用情况等指标的要求。在一个示例中，以处理单元阵列为4×4阵列{PE0、PE1、PE2、PE3、PE4、PE5、PE6、PE7、PE8、PE9、PE10、PE11、PE12、PE13、PE14、PE15}，投票器模型为三模投票器为例，对三模投票器进行静态编译后，根据得到的编译结果可映射出的投票器为{PEl、PE2、PE5、PE6、PE7、PE10、PE14}。
S404、在该处理单元阵列中，查找与该一组处理单元具有相同互联关系的所有处理单元组。
在本发明中，例如，与投票器为{PE1、PE2、PE5、PE6、PE7、PE10、PE14}具有相同互联关系的所有处理单元组有三组，分别为{PE0、PE4、PE8、PE9、PE11、PE12、PE15}、{PE1、PE3、PE6、PE9、PE12、PE13、PE14}、{PE0、PE2、PE4、PE5、PE7、PE8、PE10}。
S405、基于该投票器和该所有处理单元组，生成该投票器集合。
在本发明，每组该处理单元构成一个投票器.依照上述示例，该投票器集合包括4个投票器，分别由以下4组处理单元构成：{PE1、PE2、PE5、PE6、PE7、PE10、PE14}、{PE0、PE4、PE8、PE9、PE11、PE12、PE15}、{PE1、PE3、PE6、PE9、PE12、PE13、PE14}、{PE0、PE2、PE4、PE5、PE7、PE8、PE10}。
请参阅图5，图5为为本发明一实施例提供的基于投票器的冗余控制方法的流程示意图。在上述图1或图4所示实施例的基础上，继续参考图5所示，投票器集合中包括待排序投票器和已排序投票器，已排序投票器中排序第一的投票器为投票器集合中的任意一个投票器，本实施例所示的基于投票器的冗余控制方法还包括以下操作：
S501、获取该投票器集合中的所有待排序投票器和所有已排序投票器。
S502、计算每一个该待排序投票器与每一个该已排序投票器之间的相似度。
在本发明中，可以采用任意现有相似度计算方式，来计算每一个待排序投票器与每一个已排序投票器之间的相似度，本发明对此不做限定。排序为第一的投票器可以为上述图4中经过操作S403而得到的投票器，也可以投票器集合中的任一投票器，本发明对此不做限定。
在本发明的一个实施例中，计算每一个该待排序投票器与每一个该已排序投票器之间的相似度包括：当该待排序投票器对应的一组处理单元与该已排序投票器对应的一组处理单元中存在同一处理单元，且该处理单元在该待排序投票器对应的一组处理单元中的位置与在该已排序投票器对应的一组处理单元中的位置相同时，则将该待排序投票器和该已排序投票器的相似度值增加第一预设值，当该待排序投票器对应的一组处理单元与该已排序投票器对应的一组处理单元中存在同一处理单元，且该处理单元在该待排序投票器对应的一组处理单元中的位置与在该已排序投票器对应的一组处理单元中的位置不同时，则将该待排序投票器和该已排序投票器的相似度值增加第二预设值，该第二预设值小于该第一预设值，对于每一个待排序投票器，计算该第一预设值与该第二预设值的和，得到该待排序投票器与该已排序投票器之间的相似度。
例如，待排序投票器A对应的一组处理单元为{PE1、PE2、PE3}，已排序投票器B对应的一组处理单元为{PE1、PE3、PE5}，则在第一个位置上待排序投票器A和已排序投票器B对应的处理单元均为PE1，则将待排序投票器A和已排序投票器B的相似度值增加第一预设值。又待排序投票器A第三个位置对应的处理单元为PE3，已排序投票器B第二个位置上对应的处理单元也为PE3，则将待排序投票器A和已排序投票器B的相似度值增加第二预设值，则该第一预设值和该第二预设值的和为待排序投票器A和已排序投票器B之间的相似度。
S503、对于每一个待排序投票器，计算该待排序投票器与每一个该已排序投票器之间的相似度的平均值。
例如，投票器集合中包括已排序投票器A、已排序投票器B、待排序投票器C、待排序投票器D，则按照操作S501计算待排序投票器C和已排序投票器A之间的相似度Ca、待排序投票器C和已排序投票器B之间的相似度Cb、待排序投票器D和已排序投票器A之间的相似度Da、待排序投票器D和已排序投票器B之间的相似度Db之后，计算待排序投票器C的相似度平均值(Ca+Cb)/2，待排序投票器D的相似度平均值(Da+Db)/2的值。
S504、将该平均值最小的待排序投票器作为已排序投票器，排在该所有已排序投票器的下一个，并再次执行操作S501，直至该投票器集合中的所有投票器排序完成。
依照上述示例，比较(Ca+Cb)/2与(Da+Db)/2的大小，若(Ca+Cb)/2小于(Da+Db)/2，则将待排序投票器C排在已排序投票器A、已排序投票器B之后，若(Ca+Cb)/2大于(Da+Db)/2，则将待排序投票器D排在已排序投票器A、已排序投票器B之后。
在本发明一个实施例中，按照上述方式对投票器集合中的投票器进行排序后，操作S103中的目标投票器为排序在已故障的投票器后的下一投票器，则操作S103、从该投票器集合中获取目标投票器以替换该检测到的投票器，并使用该目标投票器重新执行该冗余控制中的投票操作包括：获取该投票器集合中排序在该检测到的投票器后的下一投票器以替换该检测到的投票器，使用该下一投票器对应的一组处理单元重新执行该冗余控制中的投票操作。
根据本实施例，当目标投票器为排序在该已故障的投票器后的下一投票器时，可保证该下一投票器与该已故障的投票器之间的相似度最小，避免采用与已故障的投票器相似度较大的投票器而再次发生投票器故障的现象发生。
请参阅图6，图6是本发明一实施例提供的基于投票器的冗余控制装置的结构示意图，该装置可应用于软件定义芯片、FPGA等硬件设备中，该装置主要包括：获取模块610、生成模块620、投票器630、替换模块640和目标投票器650。
获取模块610，用于获取目标硬件中的处理单元阵列，该处理单元阵列包括多个处理单元；
生成模块620，用于从该处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合，每组该处理单元对应生成一个投票器；
投票器630，用于执行冗余控制中的投票操作；
替换模块640，用于响应于检测到的投票器处于故障状态的消息，从该投票器集合中获取目标投票器以替换该投票器；
目标投票器650，还用于重新执行该冗余控制中的投票操作。
在本发明一实施例中，该装置还包括：
冗余模式获取模块，用于获取该目标硬件采用的冗余模式和与该冗余模式对应的投票器，该冗余模式包括N模冗余或双模冗余，N＞2，且N为整数，当该冗余模式为N模冗余时，该目标硬件采用连接N条冗余支路的N模投票器，当该冗余模式为双模冗余时，该目标硬件采用连接两条冗余支路的双模投票器；
获取模块610，还用于在该冗余模式为N模冗余的情况下，执行该获取目标硬件中的处理单元阵列的操作；
切换模块，用于在该冗余模式为双模冗余的情况下，响应于检测到的该双模投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息，将该目标硬件采用的冗余模式切换为该N模冗余。
在本发明一实施例中，该装置还包括：
划分模块，用于将该处理单元阵列中的处理单元划分为N组运算单元和至少一组空闲单元，该N组运算单元和该至少一组空闲单元之间的互联关系等价，每组该运算单元用于执行一条冗余支路的计算操作，每组该空闲单元用于当存在运算单元处于故障状态时替换处于故障状态的该运算单元所在的一组运算单元执行该计算操作；
单元替换模块，用于响应于检测到的投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息，用该一组空闲单元替换处于故障状态的运算单元所在的一组运算单元，并重新执行该冗余支路的计算操作。
在本发明一实施例中，该生成模块包括：
获取子模块，用于获取冗余模式为N模冗余的投票器模型；
静态编译子模块，用于利用整数线性规划，对该投票器模型进行静态编译，得到编译结果；
选择子模块，用于根据该编译结果从得到一组由该处理单元阵列中的处理单元构成的投票器；
查找子模块，用于在该处理单元阵列中，查找与该一组处理单元具有相同互联关系的所有处理单元组；
生成子模块，用于基于该投票器和该所有处理单元组，生成该投票器集合，其中每组该处理单元用于构成一个投票器。
在本发明一实施例中，该投票器集合中包括待排序投票器和已排序投票器，该已排序投票器中排序第一的投票器为该投票器集合中的任意一个投票器，该装置还包括：
投票器获取模块，用于获取该投票器集合中的所有待排序投票器和所有已排序投票器；
相似度计算模块，用于计算每一个该待排序投票器与每一个该已排序投票器之间的相似度；
平均值计算模块，用于对于每一个该待排序投票器，计算该待排序投票器与每一个该已排序投票器之间的相似度的平均值；
排序模块，用于将该平均值最小的待排序投票器作为已排序投票器，排在该已排序投票器的下一个，并再次执行投票器获取模块，直至该投票器集合中的所有投票器排序完成。
在本发明一实施例中，该相似度计算模块包括：
第一计算子模块，用于当该待排序投票器对应的一组处理单元与该已排序投票器对应的一组处理单元中存在同一处理单元，且该处理单元在该待排序投票器对应的一组处理单元中的位置与在该已排序投票器对应的一组处理单元中的位置相同时，则将该待排序投票器和该已排序投票器的相似度值增加第一预设值；
第一计算子模块，用于当该待排序投票器对应的一组处理单元与该已排序投票器对应的一组处理单元存在同一处理单元，且该处理单元在该待排序投票器对应的一组处理单元中的位置与在该已排序投票器对应的一组处理单元中的位置相同不同时，则将该待排序投票器和该已排序投票器的相似度值增加第二预设值，该第二预设值小于该第一预设值；
和计算子模块，用于对于每一个待排序投票器，计算该第一预设值和该第二预设值的和，得到该待排序投票器与该已排序投票器之间的相似度。
在本发明一实施例中，该替换模块640具体用于获取该投票器集合中排序在该检测到的投票器后的下一投票器以替换该检测到的投票器；
该目标投票器650具体用于使用该下一投票器对应的一组处理单元重新执行该冗余控制中的投票操作。
在本发明一实施例中，该目标硬件为软件定义芯片或现场可编程门阵列。
根据本发明的实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意多个、或其中任意多个的至少部分功能可以在一个模块中实现。根据本发明实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以被拆分成多个模块来实现。根据本发明实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式的硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，根据本发明实施例的模块、子模块、单元、子单元中的一个或多个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
例如，获取模块610、生成模块620、投票器630、替换模块640和目标投票器650中的任意多个可以合并在一个模块/单元/子单元中实现，或者其中的任意一个模块/单元/子单元可以被拆分成多个模块/单元/子单元。或者，这些模块/单元/子单元中的一个或多个模块/单元/子单元的至少部分功能可以与其他模块/单元/子单元的至少部分功能相结合，并在一个模块/单元/子单元中实现。根据本发明的实施例，获取模块610、生成模块620、投票器630、替换模块640和目标投票器650中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，获取模块610、生成模块620、投票器630、替换模块640和目标投票器650中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
图7示意性示出了根据本发明实施例的适于实现上文描述的方法的电子设备的框图。图7示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图7所示，根据本发明实施例的电子设备700包括处理器701，其可以根据存储在只读存储器(ROM)702中的程序或者从存储部分708加载到随机访问存储器(RAM)703中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器701例如可以包括通用微处理器(例如CPU)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))，等等。处理器701还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器701可以包括用于执行根据本发明实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
在RAM 703中，存储有系统700操作所需的各种程序和数据。处理器701、ROM 702以及RAM 703通过总线704彼此相连。处理器701通过执行ROM 702和/或RAM 703中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。需要注意，该程序也可以存储在除ROM 702和RAM 703以外的一个或多个存储器中。处理器701也可以通过执行存储在该一个或多个存储器中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。
根据本发明的实施例，系统700还可以包括输入/输出(I/O)接口705，输入/输出(I/O)接口705也连接至总线704。系统700还可以包括连接至I/O接口705的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分706；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分707；包括硬盘等的存储部分708；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分709。通信部分709经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器710也根据需要连接至I/O接口705。可拆卸介质711，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器710上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分708。
根据本发明的实施例，根据本发明实施例的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分709从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质711被安装。在该计算机程序被处理器701执行时，执行本发明实施例的系统中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本发明实施例的方法。
根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质。例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
例如，根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM 702和/或RAM 703和/或ROM 702和RAM 703以外的一个或多个存储器。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (13)

1.一种基于投票器的冗余控制方法，其特征在于，包括：
获取目标硬件中的处理单元阵列，所述处理单元阵列包括多个处理单元；
从所述处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合，每组所述处理单元对应生成一个投票器，所述投票器用于执行冗余控制中的投票操作；
响应于检测到的投票器处于故障状态的消息，从所述投票器集合中获取目标投票器以替换所述检测到的投票器，并使用所述目标投票器重新执行所述冗余控制中的投票操作。
2.根据权利要求1所述的冗余控制方法，其特征在于，所述获取目标硬件中的处理单元阵列之前，包括：
获取所述目标硬件采用的冗余模式和与所述冗余模式对应的投票器，所述冗余模式包括N模冗余或双模冗余，N＞2，且N为整数，当所述冗余模式为N模冗余时，所述目标硬件采用连接N条冗余支路的N模投票器，当所述冗余模式为双模冗余时，所述目标硬件采用连接两条冗余支路的双模投票器；
在所述冗余模式为N模冗余的情况下，执行所述获取目标硬件中的处理单元阵列的操作；
在所述冗余模式为双模冗余的情况下，响应于检测到的所述双模投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息，将所述目标硬件采用的冗余模式切换为所述N模冗余。
3.根据权利要求1或2所述的冗余控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述处理单元阵列中的处理单元划分为N组运算单元和至少一组空闲单元，所述N组运算单元和所述至少一组空闲单元之间的互联关系等价，每组所述运算单元用于执行一条冗余支路的计算操作，每组所述空闲单元用于当存在运算单元处于故障状态时替换处于故障状态的所述运算单元所在的一组运算单元执行所述计算操作；
响应于检测到的投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息，用所述一组空闲单元替换处于故障状态的运算单元所在的一组运算单元，并重新执行所述冗余支路的计算操作。
4.根据权利要求1所述的冗余控制方法，其特征在于，所述从所述处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合包括：
获取冗余模式为N模冗余的投票器模型；
利用整数线性规划，对所述投票器模型进行静态编译，得到编译结果；
根据所述编译结果从所述处理单元阵列中选择一组处理单元以用于构成投票器；
在所述处理单元阵列中，查找与所述一组处理单元具有相同互联关系的所有处理单元组；
基于所述投票器和所述所有处理单元组，生成所述投票器集合，其中每组所述处理单元用于构成一个投票器。
5.根据权利要求1或4所述的冗余控制方法，其特征在于，所述投票器集合中包括待排序投票器和已排序投票器，所述已排序投票器中排序第一的投票器为所述投票器集合中的任意一个投票器，在所述生成投票器集合之后，还包括：
获取所述投票器集合中的所有待排序投票器和所有已排序投票器；
计算每一个所述待排序投票器与每一个所述已排序投票器之间的相似度；
对于每一个所述待排序投票器，计算所述待排序投票器与每一个所述已排序投票器之间的相似度的平均值；
将所述平均值最小的待排序投票器作为已排序投票器，排在所述所有已排序投票器的下一个，并再次执行所述获取所述投票器集合中的所有待排序投票器和所有已排序投票器的操作，直至所述投票器集合中的所有投票器排序完成。
6.根据权利要求5所述的冗余控制方法，其特征在于，所述计算每一个所述待排序投票器与每一个所述已排序投票器之间的相似度，包括：
当所述待排序投票器对应的一组处理单元与所述已排序投票器对应的一组处理单元中存在同一处理单元，且所述处理单元在所述待排序投票器对应的一组处理单元中的位置与在所述已排序投票器对应的一组处理单元中的位置相同时，则将所述待排序投票器和所述已排序投票器的相似度值增加第一预设值；
当所述待排序投票器对应的一组处理单元与所述已排序投票器对应的一组处理单元中存在同一处理单元，且所述处理单元在所述待排序投票器对应的一组处理单元中的位置与在所述已排序投票器对应的一组处理单元中的位置不同时，则将所述待排序投票器和所述已排序投票器的相似度值增加第二预设值，所述第二预设值小于所述第一预设值；
对于每一个待排序投票器，计算所述第一预设值与所述第二预设值的和，得到所述待排序投票器与所述已排序投票器之间的相似度。
7.根据权利要求6所述的冗余控制方法，其特征在于，所述从所述投票器集合中获取目标投票器以替换所述检测到的投票器，并使用所述目标投票器重新执行所述冗余控制中的投票操作包括：
获取所述投票器集合中排序在所述检测到的投票器后的下一投票器以替换所述检测到的投票器；
使用所述下一投票器对应的一组处理单元重新执行所述冗余控制中的投票操作。
8.根据权利要求1所述的冗余控制方法，其特征在于，所述目标硬件为软件定义芯片或现场可编程门阵列。
9.一种基于投票器的冗余控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标硬件中的处理单元阵列，所述处理单元阵列包括多个处理单元；
生成模块，用于从所述处理单元阵列中选取多组处理单元，生成投票器集合，每组所述处理单元对应生成一个投票器；
投票器，用于执行冗余控制中的投票操作；
替换模块，用于响应于检测到的投票器处于故障状态的消息，从所述投票器集合中获取目标投票器以替换所述检测到的投票器；
所述目标投票器，用于重新执行所述冗余控制中的投票操作。
10.根据权利要求9所述的冗余控制装置，其特征在于，所述冗余控制装置还包括：
冗余模式获取模块，用于获取所述目标硬件采用的冗余模式和与所述冗余模式对应的投票器，所述冗余模式包括N模冗余或双模冗余，N＞2，且N为整数，当所述冗余模式为N模冗余时，所述目标硬件采用连接N条冗余支路的N模投票器，当所述冗余模式为双模冗余时，所述目标硬件采用连接两条冗余支路的双模投票器；
所述获取模块，还用于在所述冗余模式为N模冗余的情况下，执行所述获取目标硬件中的处理单元阵列的操作；
切换模块，用于在所述冗余模式为双模冗余的情况下，响应于检测到的所述双模投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息，将所述目标硬件采用的冗余模式切换为所述N模冗余。
11.根据权利要求9或10所述的冗余控制装置，其特征在于，所述冗余控制装置还包括：
划分模块，用于将所述处理单元阵列中的处理单元划分为N组运算单元和至少一组空闲单元，所述N组运算单元和所述至少一组空闲单元之间的互联关系等价，每组所述运算单元用于执行一条冗余支路的计算操作，每组所述空闲单元用于当存在运算单元处于故障状态时替换处于故障状态的所述运算单元所在的一组运算单元执行所述计算操作；
单元替换模块，用于响应于检测到的投票器连接的冗余支路处于故障状态的消息，用所述一组空闲单元替换处于故障状态的运算单元所在的一组运算单元，并重新执行所述冗余支路的计算操作。
12.一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现权利要求1至8中的任一项所述的基于投票器的冗余控制方法中的各个步骤。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至8中的任一项所述的基于投票器的冗余控制方法中的各个步骤。
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