TW518462B

TW518462B - On-line fault tolerant operation via incremental reconfiguration of field programmable gate arrays

Info

Publication number: TW518462B
Application number: TW090112871A
Authority: TW
Inventors: Miron Abramovici; Charles Stroud; John M Emmert
Original assignee: Agere Syst Guardian Corp; Univ Kentucky Res Found
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2003-01-21
Also published as: KR20020005416A; EP1170666A2; EP1170666A3; US6530049B1; JP2002050957A

Description

518462 A7 _B7___ 五、發明說明（/ ) 技術領域本發明一般來說與積體電路裝置領域有關；更確切地說，與一場可程式閘陣列的線上容錯操作有關。發明背景 —場可程式閘陣列(FPGA)是一種積體電路，其包含了藉由一可程式的路由網路以及可程式的輸入/輸出單元所互相連結而成的一可程式邏輯區塊陣列。該邏輯區塊的程式化、路由網路以及輸入/輸出單元係選擇性地完成來產生必須的互連，其建立一種組態，以便對特定的應用提供所需要的系統操作/功能。本案發明人近來已經發展在裝置、板及系統層次上對 FPGA內可程式邏輯區塊以及可程式路由網路陣列做內建、自我測試的方法。該等方法的細節係說明於美國專利案第 5,991，907及6,003，150號以及審查中之美國專利申請案第 09/059,552及09/109，123號中。在這些專利案中完整之揭示內容在此被倂入做爲參考。除了這些離線測試方法之外，本案發明人近來亦已經發展了對FPGA的可程式邏輯區塊以及可程式互連網路作測試以及容錯操作的方法。該等方法的細節係說明於審查中之美國專利申請案第〇9/261，776、09/405,958、〇9/406,219號以及美國臨時申請案第60/156，189號中。在這些專利案中完整之揭示內容在此被倂入做爲參考。 FPGA的容錯操作在高可靠度及高可用度的應用中非常重要，例如：持續性的太空任務、電信通訊網路路由器 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

• ^1 *-ϋ an n l n n 一OJ· n 1 n n ϋ n n I 1_1 ·ϋ n n n I n n an n n n n ϋ n ·ϋ I— n n ϋ n I 518462 A7 ____B7__ 五、發明說明（1 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、或是常常需要依靠可重組硬體以使系統操作適應環境改變的遠端設備。在這些應用中，FPGA的硬體必須要持續地工作，並且不可以暫時離線以做測試、維護或是修護。當錯誤在上述系統中的FPGA硬體被偵測出來的時候，此錯誤必須快速地被隔離，並且該FPGA資源被重組以在縮減的容量中繼續動作，或是避免錯誤的資源。因此，測試以及重組FPGA資源，如果必要的話，必須要以動態· 容錯的方式與正常的系統動作同時執行。發明槪要根據本發明，利用增量重組架構對一場可邏輯閘陣列操作的容錯方法可以在正常線上操作的時候執行。FPGA 資源可以被組織成一工作區和一起始自我測試區。該工作、區在測試時依然完成FPGA的正常動作，然而在該起始自我測試區以及接續自我測試內，可程式邏輯區塊將——被測試。剛開始假設FPGA的所有資源係如製造測試整個過· 程所決定的，都是沒有錯誤的。在該自我測試區內，包括該等空的區塊在內的所有可程式邏輯區塊都會被測試，更好地是，被徹底地測試。測試中每一可程式邏輯區塊的錯誤狀態資料會被產生並儲存。根據本發明方法的一重要觀點，每一可程式邏輯區塊的錯誤狀態資料係用於重組部分錯誤的可程式邏輯區塊的使用，以繼續執行沒有錯誤的系統功能，或是重組FPGA的資源以完全避免錯誤可程式邏輯區塊。藉由重組部分的錯‘ 誤可程式邏輯區塊的使用，這些區塊可以在縮減但可接受 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） . 518462 A7 ___ B7___ 五、發明說明（> ) 的容量下針對特定的操作模式繼續操作。於完成位於初始的自我測試區內每一可程式邏輯區塊時，FPGA必須要被重組，以致一工作區域的一部份會變成一接續自我測試區，且初始自我測試區則會變成該工作區的一部份。換句話說，自我測試區會在FPGA四周不斷移動位置並且重複測試可程式邏輯區塊步驟且重組FPGA ，直到工作區域每一部份或是整個FPGA都被重組成接續自我測試區，並經過測試，且對應之可程式邏輯區塊的利用率將被重組，如果需要的話。這樣做的好處在於，在整_ 個測試過程中，於工作區內FPGA的正常操作可以繼續，且不會因爲自我測試區的測試而造成中斷。在重新配置初始以及接續自我測試區之前，FPGA係增量地被重組以有益於放置空餘的可程式邏輯區塊。根據本發明的方法，工作區域的可程式邏輯區塊之一部份在每一相關的可程式邏輯區塊的工作開始前，於初始時就被空著作爲預先決定或是預先編譯的容錯置換組態。更好地，該等初始分配的空餘區塊以及其相關聯的預先編譯置換組· 態在增量重態過程中將首先被利用，如果可行的話。如果不可使用的錯誤可程式邏輯區塊的數量或位置比初始分配的空餘區塊還多，以致空餘區塊沒有辦法取代該等錯誤的邏輯區塊，則工作區域之可程式邏輯區塊的一接續部分將會被用來當作空餘區塊，並將計算新的容錯置換組態。雖然初始預先計算之置換組態在時間的考量上比新的置換組態更佳，但需要用來重新分配接續空餘區塊以及 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

n ϋ n ϋ n n^—eJ· I n n n n n n I 1 -1-1 ϋ n n n I l tmwB -ϋ ϋ ϋ 1 n —.1 ·ϋ 1 ϋ n -ϋ ϋ βι I 518462 A7 __B7______ 五、發明說明（& ) 計算新的置換組態的額外時間對FPGA連續操作的影響並不大。如前所述，工作區域內FPGA的正常操作在整個測試階段將繼續。當自我測試區域在FPGA周圍不斷移動位置並且重複、測試的步驟及增量地重新調整可程式邏輯區塊的利用率時，隨著不可使用的錯誤可程式區塊被取代，可用的空餘可程式邏輯區塊將不可避免地減少。根據本發明另一個重要論點，額外的空餘可程式邏輯區塊於某點必須從自我'測試區移除。在這種情況下，該自我測試區測試和移動的能力將不可避免地會變小。最後，移動、測試甚至是FPGA的操作都將停止。然而有利的是，本發明的線上容錯操作利用增量的重組而延長對即時(real-time)置換組態的需求’更進一步在工作區內FPGA的正常操作可以繼續的前提下，儘可能延長將自我測試區的可程式邏輯區塊當作空餘區塊之使用。圖示簡單說明本圖示係倂入說明書中且爲說明書的一部份，用以說明本發明的數個槪念，並配合詳細之說明以闡明本發明的原則。此外，本發明的原則發表於公開的刊物上，於此倂入做爲參考，其名稱爲「藉由部分重組之FPGA動態容錯」（Dynamic Fault Tolerance in FPGAs via Partial Reconfiguration) ° 圖示中·· 圖1係爲一示意方塊圖，表示用以測試並且增量地重組一場可程式閘陣列以完成容錯線上操作的裝置。 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .0 -•線- 518462 A7 ____B7 ___ 五、發明說明（f ) 圖2係爲一測試下的FPGA的圖示，分爲初始垂直及水平自我測試區以及一工作區，其中該測試下之FPGA的正常操作在整個測試程序中繼續進行。圖3係爲一測試下的FPGA的圖示，其中工作區被接· 續之垂直及水平自我測試區劃分成四個獨立的區域。圖4a及4b係爲連續的圖示，表示測試下之FPGA初始自我測試區的移動。圖5係爲一具有一 8x8可程式邏輯區塊陣列的FPGA 實體座標系統之圖示，其被劃分爲水平及垂直自我測試區，且一工作區被劃分爲四個獨立的區域。圖6係爲一表示圖5中分割的工作區之虛擬座標系統的圖示。 · 圖7係爲一 FPGA之一相鄰12x12工作區的圖示，表示空餘可程式邏輯區塊的較佳配置方式；以及圖8係爲一 FPGA之一相鄰12x12工作區的圖不’表示空餘可程式邏輯區塊的替代配置方式。以下將詳細說明本發明較佳實施例，並請參考其各圖示之說明。較佳實施例詳細說明：一般的場可程式閘陣列(FPGA)包含了藉由可程式的路· 由網路及可程式的輸入/輸出單元或是邊界掃瞄璋 (boundary-scan ports)(大多數的FPf3A採用邊界掃瞄機芾(1) 所互相連結而成的一可程式邏輯區塊陣列。舉例來說，這樣的架構被朗訊(Lucent) ORCA可程式功能單元、美商智 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 - .線· 518462 A7 ___ B7____ 五、發明說明（6 ) 霖（Xilinx) XC4000可組式邏輯區塊、以及Altera FLEX 8000邏輯元件所採用。根據本發明，利用增量重組的 FPGA操作容錯方法係在正常線上操作的時候被執行。如圖1的示意方塊圖所示，測試下之一 FPGA 10的容. 錯操作以及增量重組最好是由一測試與重組控制器(test and reconfiguration controller) 12 來加以控制。在此較佳的實施例中利用了一外部的測試與重組控制器’因爲目前商用FPGA並不允許內部存取他們的組態記億體。因此，一種爲本技術習知的組態反組譯工具被利用來決定FPGA資源所想要的功能或是操作的模式’以供該控制器12使用。或者，此資訊可以在設計階段就獲得’並且供該控制器12 使用。應爲熟知本技術之人士所認同的是’任何控制器(例. 、如不論對FPGA爲內部或外部)都可以配合FPGA被利用，以允許由內部存取組態記憶體或是一單一測試與重組控制器能控制數個FPGA。然而，爲了說明本發明提出的較佳實施例，採用了一針對FPGA比率的一對一控制器。此較佳的控制器12可以用於一內嵌式微處理器（embedded microprocessoi*)來與一儲存媒介或是記憶體14溝通，該儲存媒介或是記憶體14溝通係負責儲存各種FPGA操作組態以及部分組態的以及包含測試、分析、以及與容錯置換組. 態相關的容錯功能。在操作的過程中’該控制器12以一習知的方式存取包含測試下之FPGA 10在內的系統平台，使得此存取動作對測試之下之FPGA10的一般功能係透明的本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 0 . • Mmawm *1 μμη· μμμ a···· ms I iw μμ· i · 1 n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· · -線- 518462 A7 _B7_ 五、發明說明（卩）較有利地，此方法允許在測試下之FPGA 10的正常線上操作期間，執行完整的測試與增量重組以完成容錯操作。該控制器12與記憶體14更進一步地交換並儲存對每個所測試之可程式邏輯區塊(PLB)所需用於測試之使用狀態資料(例如：功能狀態、未用空餘區塊的狀態、或是空餘區塊的狀態）與錯誤狀態（例如：無錯狀態、偵測狀態或是部分· 可使用狀態）。這些資料接著會被用來重組部分錯誤的 PLB之允許功能，或是用在測試下之FPGA 10之增量重組，以避免不可使用的錯誤PLB。使用與錯誤狀態的利用方式將更一步地於下詳述。如圖2中所示，測試下之FPGA 10藉由該控制器12 初始配置初始至一自我測試區16與一工作區18中。如前所述，在測試的過程中，該測試下之FPGA 10的正常操作係被維持在該工作區18內。根據本發明所提出之較佳方法· ，該初始自我測試區16包含一垂直自我測試區20與一水平自我測試區22。在測試的過程中，該垂直自我測試區20 與水平自我測試區22間歇地在測試下之FPGA10周圍不斷移動。當僅需要一自我測試區來測試PLB時，自我測試區 20與22兩者都必須要測試測試下之FPGA10的可程式路由網路，如果需要的話。根據兩自我測試區20與22在測試過程內任何時間的位置’該工作區18可能是相連的，或是被分割爲兩個或四. 個分離區域19，如圖3所示。爲了調適該自我測試區20 與22中PLB的測試，在該垂直自我測試區20內的垂直線 π 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t: •線· 518462 A7 ___ B7 ____ 五、發明說明（S ) —*----:----------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 段與該水平自我測試區22內的水平線段在測試下之FPGA 10的操作時，都必須設計成保留或是不可使用的狀態。以這種方式，在該工作區18之分離區域19中間的連線可以利用水平線段來穿越該垂直自我測試區20，並利用垂直線段來穿過該水平自我測試區22 ° 在初始自我測試區20和22內，每個PLB(未明示)將完整地被測試。每個測試下之PLB的錯誤狀態資料被產生以作爲測試結果的函數。較有利地，這種針對PLB的徹底‘ 測試方法會產生最大的錯誤範圍（fault coverage)，而不需要嚴謹的錯誤模型假設。因此，所提出用以測試FPGA上 PLB的較佳方法必定可以偵測所有的錯誤，包括在PLB內單一的固定型錯誤(stuck-at fault)或是多重的固定型錯誤，、而不需要做錯誤模擬。 -線' 一般來說，本發明中徹底的方法可以偵測所有的錯誤，而且並不會增加PLB中狀態的數目，例如會產生迴授的跨接式錯誤(bridging fault)。雖然大多數增加PLB中狀態· 數目的錯誤都會被已知的測試方法偵測出來，但是卻沒有辦法保證可以偵測到所有該類型的錯誤。這種PLB的徹底測試方法詳述於美國專利案第〇9M05,958號中，在此倂入做爲參考。如接下來的圖4a和4b中所示，該測試下之的FPGA 10根據在某個初始自我測試區(例如：垂直自我測試區2〇) 內的每個PLB是否已經完成測試，以及該測試下之FpGA 10之任何必要增量重組來做重組。更淸楚地說，該測試下. 12 本紙張尺度適用中國國家標^ (CNS)A4規格（210 X 297公爱) " ' 1~ - 518462 A7 ___B7 _ 五、發明說明（？） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之FPGA 10將被重組，使得形成該初始工作區18內的部分24之PLB之功能可以複製到形成該初始自我測試區20 的PLB。一旦完成之後，該初始工作區18內受複製的部分 24會成爲一接續自我測試區26，且該初始自我測試區20 形成該工作區18中一獨立區域28，如圖4b中所示。較佳地，該工作區18內的一相鄰部分24經過程式化的功能可以重新配置，或更精確地說，複製至該初始自我測試區20 ，然後該工作區18內的相鄰部分24被重組成爲接續自我‘ 測試區26，如圖4b中所示。此種移動自我測試區並且重組測試下之FPGA 10的較佳方法係於美國專利案第 09/405,958號中詳述，於此倂入作爲參考。在所提出的較佳實施例中，爲了可以於測試、移動以、及重組測試下之FPGA 10的階段控制系統功能，最好採用表示整個FPGA之一實體座標系統30及表示該測試下之 FPGA 10中的工作區18之一虛擬座標系統32。如前所詳述，該測試下之FPGA 10包含一 PLB的NxN陣列，其中· PLB的實體位置係由其行座標及列座標決定。一對FPGA 的實體座標系統之範例如圖5所示，其中N=8。該水平自我測試區20的位置被定義爲一實體FPGA行U{1，3, 5,...， N-1}，而垂直自我測試區22則被定義爲一實體FPGA列如{1，3，5，…，N-1}。更淸楚地說，該水平自我測試區20 由i=5及i+l=6來表示，該垂直自我測試區22用j=5和 j + l=6表示。根據本領域所熟知的技術，FPGA的系統功係對應到‘ 13 ______________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公^ 518462 _____B7_ 五、發明說明（P ) 一組邏輯單元功能，其中每一邏輯單元功能由一 PLB 34 ( 如圖5中方塊部分所示）所提供。由於所提出較佳方法中的測試下之FPGA 10被切割爲移動的水平及垂直自我測試區20及22以及系統功能所在的工作區18，因此該自我測試區20及22以及該工作區18的位置將會週期性地改變。如前所詳述，該工作區18可能被該自我測試區20與22切割成獨立的區域，如圖5中元件符號36 ' 38、40與42所示。於是，爲了可以爲系統功能提供與該移動的自我測試區20與22無關的框架，該虛擬座標系統32被用來描述測試下之FPGA 10，就好像該自我測試區20與22並不存在〇一 FPGA虛擬座標系統32的範例如圖6中所示，其中 N=8。該虛擬座標系統32係一虛擬邏輯單元44(—般以空心方塊表示)的（N-2)x(N-2)陣列。根據所提出較佳的新穎方法，該虛擬座標系統32或是虛擬單元陣列被用來對虛擬邏輯單元做映射(mapping)、置換、以及路由（routing)的動作，或是利用來配置空餘區塊。更淸楚地說’該邏輯單元功係被映射到虛擬邏輯單元44，此單元接下來被稱爲工作虛擬邏輯單元46。一工作虛擬邏輯單元46可以存在於該實體座標系統 3〇中最多四個不同的PLB內，其數量由該自我測試區2〇與22位置決定。換句話說，當該自我測試區20與22的位置變動時，該實體座標系統3〇內的虛擬邏輯單元44之配置亦隨之改變。舉例來說，由於該水平自我測§式系統20被 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —cr· -線· 518462 A7 ___B7___ 五、發明說明（丨I ) 放置在行爲4，列爲6的PLB 35上，該虛擬邏輯單元44 位於該虛擬座標系統32內行爲4、列爲6的位置（圖6)將. 會位於該實體座標系統30中行爲、列爲的PLB 33內。未使用的虛擬邏輯單元44被分配來作爲空餘虛擬邏輯單元 48，以作爲該測試下之FPGA 10的容錯置換組態。爲了可以配合這些置換組態，反向映射（reverse mapping)被用來決定在測試過程中可能佔有相同實體PLB34的虛擬單元44 〇根據在自我測試區20與22其中之一所偵測到至少一錯誤PLB，該自我測試區20與22的移動過程初始時就被. 中斷，以隔離錯誤的PLB並且確認他們的錯誤操作模式。這些錯誤的操作模式係被該控制器12記錄爲錯誤狀態資料、，並且儲存於記憶體14中，以供接下來重組部分錯誤的 PLB，使得未發生錯誤的系統功能可以繼續執行，或是用來重組該測試下之的FPGA 10以完全避免錯誤的PLB。所提出用以隔離錯誤PLB並且偵測它們的錯誤操作模式的較佳方法係詳細說明於美國臨時申請案第60/156,189號中，於此倂入作爲參考。隔離錯誤的PLB並且決定它們的錯誤操作模式之後，根據所提出之較佳新穎方法的下一步驟是繼續該工作區18 內一般系統操作，並且於一個，最好是兩個測試區20與（或)22內做測試。如果隔離的錯誤PLB被配置在行數爲2 、列數爲2的PLB群組內，也就是說，如果錯誤PLB完全只在該自我測試區20及22其中之一內，那麼兩個自我測 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： -線· 518462 A7 ___B7___ 一五、發明說明（Ρ ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 試區之一 20或22可以繼續移動/測試。以這種方式，兩個自我測試區20及22可以用替換的方式繼續進行移動/測試，只要該兩自我測試區20及22其中之一可以包含隔離的錯誤PLB，直到該測試下之FPGA 10適當的重組動作完成爲止。較有利地，這將可以允許在重組的過程中，該測試下之FPGA 10中PLB完整的測試可以繼續。如果隔離的錯誤PLB並非位於一行數爲2、列數爲2的PLB群組內，也就是說，該錯誤PLB只能被原本用來偵測錯誤的自我測試區包含，於是這個特定之自我測試區必須要暫時地維持穩定，而在其餘自我測試區內的PLB的移動與測試則繼續進行。如前所述，首先將錯誤狀態資料(代表PLB錯誤操作、模式）用來重組部分錯誤的PLB以繼續執行沒有發生錯誤的系統功能。由於部分錯誤PLB可能位於擁有不同功能需求的該工作區18內最多四個不同的PLB中，因此這些部分錯誤的PLB必須要可以執行每個可能的PLB所需要的功能。如果該部分錯誤PLB可以藉由每個可能的PLB中無錯的操作模式，正確地執行該每一可能PLB所需要的功能，就不需要置換組態或是空餘的PLB。舉例來說，如果該部分錯誤的PLB有錯誤的觸發器(Flip-Flop)，則每當由部分錯誤PLB所執行的系統功能係爲組合性或是利用 LUT/RAM模組以作爲RAM時，該部分錯誤的PLB就可以用來作爲一部分可使用之PLB，。如果所有隔離的部分錯誤PLB可以作爲部分錯誤PLB，作爲它們相對應的所有 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 518462 A7 B7 五、發明說明（〇 ) 可能PLB之功能(依自我測試區的置換而定），就不需要改變該測試下之FPGA 10 ’且該移動和測試的程序可以繼續執行。較有利地，藉由重組在測試過程中所被偵測到的錯誤所影響的部分錯誤PLB ’該部分錯誤邏輯區塊可以在逐漸縮減，但尙可接受的容量內針對特定的操作模式繼續操作。這種模式的PLB容錯操作詳述於美國專利案第 09/261,776號中，於此倂入作爲參考。在重新配置該初始自我測試區2〇或22其中之一之前，該測試下之FPGA 10以及特別是將成爲該工作區18 — 部份的初始測試區必須要被重組以避免任何未用的錯誤 PLB被系統功能所使用。根據本發明所提出方法的廣義槪念，在該工作區18內的一 PLB子集合初始時被配置爲空餘區塊，對每個相關的工作PLB具有事先決定或是事先計算的置換組態。較佳地，每個空餘PLB初始時被限制於該工作區18之相同兩行或相同兩列部份之內，作爲不可使用的錯誤PLB以便置換。以這種方式，容錯重組可以藉由已知的方法整合兩個部分組態，與自我測試區的重新分配一起完成。根據所提出之較佳方法，空餘區塊的配置係藉由上述的虛擬座標系統32來平均地分配該空餘虛擬邏輯單元48 遍布在整個測試下之FPGA 10 ’並且試著最小化該等空餘區塊與工作虛擬邏輯單元46之間的距離時，當內部有個別的邏輯功能存在之PLB變成錯誤及不可使用時，則它們必 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） . --1------------.丨 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.· 線· 518462 A7 ___B7____ 五、發明說明（4 ) 須予以置換。以這種方式，該工作區18中每兩行或兩列部份都會包含空餘的PLB。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如圖7所示，在最佳情況下，至少一空餘PLB 52(以空心方塊表示)被放置係相鄰於各個正在被系統功能或是工作PLB 50(以實心方塊表示)所使用的PLB。當在該虛擬座標系統32中至少百分之二十的虛擬邏輯單元44被保留並作爲該虛擬空餘區塊48之用時，這種情況將永遠成立。換· 句話說，如果該測試下之FPGA 10內工作區域PLB的利用率不滿百分之八十，每個工作PLB 50都可以放在至少一空餘PLB52旁邊。 · -·線· 爲了達成這樣的分配，FPGA的設計必須要受到限制，以便至少百分之二十的工作區域PLB必須要保留作爲空、餘PLB。如同本技術所熟知，這並不是十分苛刻的限制，即使對非容錯操作應用來說，一般的PLB利用率也在百分之八十以下，這是因爲較高的利用率將導致路由的困難度‘ 增加。如果此限制成立，此由系統功能轉換的邏輯單元功能可以被映射，使得每一工作PLB 50可以放置在至少一空餘PLB 52旁邊。圖7說明一 FPGA中相鄰12x12工作區 54的配置方式。爲了促使標準設計工具可以產生均衡分配的空餘PLB ，在執行標準配置演算法之前，藉由預先放置虛設PLB，來初始保留空餘PLB 52的位置。對每一工作PLB 50都會有一相鄰的空餘PLB 52被選定作爲其較佳的置換對象，而· 一相對應的容錯重組則在該工作開始前被預先計算。如圖 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） . 518462 A7 _____ B7_____ 五、發明說明（K ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7所示，額外的邊緣空餘PLB 56((以中間有e的方塊表示 )則必須要沿著該工作區54的邊緣擺放，以確定所有的沿著該工作區54邊緣的工作PLB 50亦有相鄰的空餘PLB，而不論相鄰的空餘PLB是空餘PLB 52或是邊緣空餘PLB· 56。當然，可根據本發明最廣義之理念來使用替代之空餘 PLB分配組態。舉例來說，圖8說明上述的槪念，但是一相鄰12x12工作區60之PLB的使用率少於百分之九十二。在此替代的方案中，每一工作PLB 62不能多於一由空餘 PLB或是邊緣空餘PLB所產生的工作PLB。在一不可使用的PLB被其預先分配的置換空餘LB取代之後，依賴同一置換空餘PLB之剩餘的預先計算容錯置換組態就變成無效，因爲該特定空餘區塊已經不可再使用_ 、，且必需要經過重新計算。 •線相似地，如果在自我測試區內不可使用的錯誤PLB的數量或是位置導致初始配置的空餘PLB以及它們伴隨的預先計算容錯置換組態不能被使用，於是在工作區內PLB的接續部分必須要被分配作爲空餘PLB以確保所有的錯誤 PLB都具有不衝突的空餘PLB置換。如果在工作區內相同部分中剩餘的工作PLB有其他相鄰且未使用的空餘PLB ’ 則那些空餘PLB中的一個會被選定作爲一新的較佳空餘‘ PLB及一新的計算過之容錯置換組態。這些計算都是藉由該控制器12在接續的移動/測試時完成。再者’此計算時間對整個系統操作來說並不多，因爲此容錯置換組態將只有在下個錯誤出現並被偵測的時候才需要。 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 518462 A7 ____ B7______ 五、發明說明（Μ ) 如果沒有其它的相鄰空餘PLB，最在工作區內相同部分內最靠近此剩餘的工作PLB之一空餘PLB會被使用。這是藉由將工作PLB以及其放置於工作PLB與最接近的未使用空餘PLB間之工作相鄰者移向最接近的未使用空餘PLB 來達成。以這種方式，將產生一新的空餘PLB以供取代工作PLB時可能的使用，如果該PLB係已被決定爲錯誤或是不可使用。PLB的移動是藉由如前所詳述的增量重組來達成。雖然初始預先計算的容錯置換組態在時間的考量上較置換組態的即時計算佳，重新分配接續空餘PLB以及計算新的置換組態所需的額外時間並不會嚴重地影響FPGA的繼續操作。如前所述，在工作區內FPGA的正常操作可以、繼續，以及於接續空餘PLB的重新分配以及容錯置換組態的計算整個過程中，在剩餘自我測試區內部分的測試也可以繼續。根據上述本發明所提出的方法，接續自我測試區類似被徹底地測試，並且對每個PLB產生錯誤狀態。更進一步，在接續測試區內對每個PLB測試與重組的步驟接著會不斷重複。這將會繼續進行，直到該工作區18每一部分或整個測試下之FPGA 10都被重組爲一接續自我測試區，且其 PLB被測試且所有錯誤的PLB都被隔離、確認，如果需要的話該測試下之FPGA 10還必須依容錯操作而重組。換句話說，自我測試區持續地在該測試下之FPGA 10周圍移動、重複測試PLB的步驟並且當該FPGA 10在操作中時重組 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------訂---------線 » 518462 A7 __^___ 五、發明說明（卩）該測試下之FPGA 1〇。再者，該測試下之FPGA 10的正常操作將繼續而不受到自我測試區內進行的測試干擾。當自我測試區在該測試下之FPGA 10周圍移動、重複測試的步驟並且重組FPGA時’當不可使用的錯誤PLB被取代，空餘PLB的數量將不可避免地隨著時間而減少。本發明另一重要的槪念，額外的空餘PLB接著將由自我測試被分配，且必要的容錯置換組態被計算以供取代不可使用的錯誤PLB之用。必然地，自我測試區測試與移動的能力‘ 將因此不可避免地縮減，直到最後在某個點上該測試下之 FPGA 10的移動、測試的動作停止爲止。較佳地，自我測試區內空餘PLB將被選定，以使至少一自我測試區可以盡可能長時間持續地移動與測試。總結來說，利用增量重組的容錯操作將可以在該測試下之FPGA 10的正常線上操作時，藉由將該FPGA的資源配置爲一工作區18與自我測試區20與22的方式來達成。在測試PLB與重組FPGA的過程中，該工作區18依然可· 以維持該測試下之FPGA 10的正常操作。在初始與接續的自我測試區內，PLB將徹底地被測試，且其利用率將會被調整’如果需要的話。不可使用的PLB係增量地以空餘 PLB取代。更佳地，該空餘PLB由工作區PLB的一部分來選定’並分配爲較佳的空餘PLB，而工作區PLB接續的部分被分配爲所需要的空餘PLB，並且保留在自我測試區其中一個’或是兩者全部內。據此，本發明所提出的容錯線上操作方法，利用了增量重組延緩了容錯置換組態及時. 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -_· ·*ϋ i n i «it —^i 一：MHB I > aw aw I · , 518462 A7 ___B7_ 五、發明說明（4 ) 運算的需求，且盡可能地延長以自我測試區內接續的PLB 來作爲空餘區塊之使用，並同時維持該測試下之FPGA 10. 的正常操作。上述關於本發明一較佳實施例的說明係爲具體詳細解說之故，不可因此而限制本發明可根據上述的說明而允許明顯的修改或是變動。選定並說明該實施例之目的在於提供本發明原理及其應用之最佳說明，使得凡熟知本技術之人士皆可以不同實施例及各種特殊應用之修改形式來利用本發明。於符合公平、合法及公正精神前提下’所有此種修改或是變動都屬於本發明的申請專利範圍範疇之內。 . (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線 _ 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims

518462 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1· 一種利用增量重組的場可程式閘陣列容錯操作的方· 法，該方法係於正常線上操作時使用，其包含下列步驟：將該場可程式閘陣列配置爲一初始自我測試區及一工作區，該工作區維持該場可程式閘陣列的正常操作；測試位於該自我測試區內至少一可程式邏輯區塊是否有錯 5rP · 日吳，利用至少一空餘可程式邏輯區塊來決定一該場可程式閘陣列的新組態以作爲該測試步驟之結果的功能’以取代至少一在該測試步驟是被確認爲錯誤的可程式邏輯區塊；以及· 根據該新組態至少重組該場可程式閘陣列的一部分° 2·根據申請專利範圍第1項之方法’進一步地包含之步驟爲，分配在該工作區內的場可程式閘陣列至少一可程、式邏輯區塊以作爲一空餘區塊。 3·根據申請專利範圍第2項之方法，其中’該決定該場可程式閘陣列之一新組態的步驟包含了爲每一被分配的空餘區塊預先計算至少一該場可程式閘陣列之新組態；以及 . 選擇該新組態其中之一作爲該測試步驟結果之一功能。 4.根據申請專利範圍第3項之方法’其中’配置至少一空餘區塊的步驟包含由該工作區選擇該至少一空餘可程式邏輯區塊，以便該工作區內每一剩餘的可程式邏輯區塊旁都至少有一空餘區塊。 5·根據申請專利範圍第4項之方法’其中’配置至少一空餘區塊的步驟包含對每一相鄰的可程式邏輯區塊指定本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1· ^----------------tr---------il· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518462 C8 __ —_ D8 ________ 六、申請專利範圍該至少一空餘區塊，以作爲一較佳的空餘區塊。 6·根據申請專利範圍第2項之方法，進一步包含之步驟爲，當一新組態無法決定時，重新分配至少一在該工作區內場可程式閘陣列的接續可程式邏輯區塊以作爲一空餘· 區塊；以及利用該至少一接續空餘區塊來決定至少一該場可程式閘陣列的額外新組態以作爲該測試步驟結果的功能，以取代該至少一錯誤可程式邏輯區塊。 7·根據申請專利範圍第6項之方法，其中，該場可程式閘陣列內該重組的部分係被初始地限制於與該至少一錯誤可程式邏輯區塊相鄰的場可程式閘陣列的一部份；以及擴大該場可程式閘陣列內該初始限制的部分，直到該重組· '步驟完成爲止。 8. 根據申請專利範圍第2項之方法，進一步包含之步驟爲，利用該自我測試區內場可程式閘陣列的至少一可程式邏輯區塊以作爲一空餘區塊，其在大致上耗盡該工作區空餘之後。 9. 一種利用增量重組的場可程式閘陣列容錯操作的方法，該方法係在正常線上操作時使用，其包含下列步驟：配置該場可程式閘陣列成爲兩個初始自我測試區以及一工· 作區，該工作區維持該場可程式閘陣列的正常操作；分配該工作區內的至少一可程式邏輯區塊以作爲一空餘區塊；測試位於該自我測試區的至少其中一內可程式邏輯區塊是 2 本張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公爱1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------手_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518462 A8 B8 C8 D8 f、申請專利範圍否有錯誤；利用該測試步驟的一結果與至少一空餘區塊來決定該場可程式閘陣列的一新組態；以及根據該新組態重組該場可程式閘陣列的Μ > 10. 根據申請專利範圍第9項之方法’其中，該測試步驟包含隔離於該測試步驟中認定爲錯誤的該至少一可程式邏輯區塊；偵測該隔離的錯誤可程式邏輯區塊的至少一種錯誤操作模式的存在；以及其中，該重組步驟只有在該被偵測的錯誤操作模式妨礙了至少一該錯誤可程式邏輯區塊的被程式化操作時，才會被執行，藉此，部分錯誤可程式邏輯區塊可以被進一步地利用來提供該場可程式閘陣列的容錯操作。 11. 根據申請專利範圍第9項之方法，進一步包含之步‘ 驟爲，將該初始自我測試區的至少一區劃分成自我測試方塊(tile); 分別地測試位於該自我測試方塊內的可程式邏輯區塊以隔離該至少一錯誤可程式邏輯區塊；應用測試圖樣到足以偵測至少一錯誤操作模式的該至少一隔離之可程式邏輯區塊；且其中，該重組步驟只有在該被偵測的錯誤操作模式妨礙了在該至少一隔離的可程式邏輯區塊的被程式化操作時，才· 會被執行， 3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線—^1^· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 518462 A8 B8 C8 D8 ^、申請專利範圍藉此部分錯誤程式化邏輯區塊可以更進一步地被利用來提供該場可程式閘陣列的容錯操作。 12. 根據申請專利範圍第9項之方法，其中，該分配至少一空餘區塊的步驟包含由該工作區域選擇該空餘可程式邏輯區塊，使得該工作區內每一剩餘的可程式邏輯區塊旁都有該至少一空餘區塊。 13. 根據申請專利範圍第12項之方法，其中，該決定該場可程式閘陣列的一新組態的步驟包含了爲該至少一空餘區塊預先計算至少一該場可程式閘陣列之新組態；以及選擇該新組態的其中之一作爲該測試步驟結果的一功能。 14. 根據申請專利範圍第13項之方法，其中，分配至少一空餘區塊的步驟包含指定該空餘區塊，以作爲每一相、鄰的可程式邏輯區塊的一較佳空餘區塊。 15. 根據申請專利範圍第13項之方法，進一步包含之步驟爲，當一新組態無法決定時，重新分配在該工作區內場可程式閘陣列的至少一接續可程式邏輯區塊以作爲一空餘區塊；以及利用該至少一接續空餘區塊來決定至少一該場可程式閘陣列的額外新組態，以取代該至少一錯誤可程式邏輯區塊。 16. 根據申請專利範圍第12項之方法，進一步包含之步驟爲，決定是否兩該錯誤的邏輯區塊被分配到同一較佳的空餘區塊；以及當一新組態無法決定時，重新分配至少一在該工作區內該場可程式閘陣列的至少一接續可程式邏輯區塊以作爲一空 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518462 A8 B8 C8 D8 夂、申請專利範圍餘區塊。 π·根據申請專利範圍第16項之方法，其中，該場可程式閘陣列的該重組部分係被初始地限制於該場可程式閘陣列中最靠近該至少一錯誤可程式邏輯區塊的一部分；以. 及擴大該場可程式閘陣列的該初始限制部分以配合該重組步驟。 18.根據申請專利範圍第9項之方法，進一步地包含之步驟爲，分配該初始自我測試區至少其中之一中的場可程式閘陣列的至少一可程式邏輯區塊以作爲一空餘區塊；以及利用於決定的步驟中該至少一自我測試區空餘區塊。 . 19·根據申請專利範圍第10項之方法，進一步包含之步驟爲，重組該場可程式閘陣列使得該工作區的一部份變成一接續自我測試區及使該初始自我測試區至少其中之一變成該工作區的一部份。 20·根據申請專利範圍第19項之方法，其中，測試該可程式邏輯區塊、隔離該錯誤可程式邏輯區塊以及重組該場可程式閘陣列的步驟將持續地重複執行。 21.—種利用增量重組的場可程式閘陣列容錯操作的方. 法，該方法係在正常線上操作時使用，其包含下列步驟：配置該場可程式閘陣列成爲一初始自我測試區以及一工作區，該工作區維持此場可程式閘陣列的正常操作；測試位於該自我測試區內的至少一可程式邏輯區塊是否有 5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # !——訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（WO X四7公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518462 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍錯誤；以及利用該場可程式閘陣列中已經被分配作爲一空餘區塊的至少一可程式邏輯區塊，重組該場可程式閘陣列作爲該測試步驟結果的一功能，以取代在該測試步驟中被認定爲錯誤的至少一可程式邏輯區塊；該至少一空餘區塊最好先由該初始自我測試工作區內選擇 ’然後再由該自我測試區內選取。 22. 根據申請專利範圍第21項之方法，其中，該測試步驟包含隔離該至少一錯誤可程式邏輯區塊；偵測該隔離的錯誤可程式邏輯區塊之至少一錯誤操作模式之存在；且其中，該重組步驟只有在該被偵測的錯誤操作模式妨礙了該錯誤可程式邏輯區塊的被程式化操作時，才會被執行，藉此，部分錯誤可程式邏輯區塊可以被進一步地利用來提供該場可程式閘陣列的容錯操作。 23. 根據申請專利範圍第22項之方法，進一步包含之步驟爲，利用該至少一空餘可程式邏輯區塊來決定該場可程式閘陣列的至少一新組態供該重組步驟使用。 24. —種利用增量重組而用於測試一場可程式閘陣列的可程式邏輯區塊以及用於支援該場可程式閘陣列的容錯線上操作之裝置，其包括：一與該場可程式閘陣列通信的控制器用於(a)分配該場可程式閘陣列成爲初始自我測試區與一工作區，該工作區維持該場可程式閘陣列的正常操作，（b)測試該自我測試區內的 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21Q X 297公爱） . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

518462 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍可程式邏輯區塊是否有錯，（C)利用至少一空餘可程式邏輯· 區塊來決定該場可程式閘陣列的一新組態以作爲測試結果的一功能，以取代該至少一被認定爲錯誤的至少一可程式邏輯區塊，以及(d)根據該新組態，重組該場可程式閘陣列中至少一部份。 25. 根據申請專利範圍第24項之利用增量重組而用於測試一場可程式閘陣列的可程式邏輯區塊以及用於支援該場可程式閘陣列的容錯線上操作之裝置，進一步包含一與該控制器通信的儲存媒介，用於儲存多數測試組態、使用· 狀況以及錯誤狀況，供每一測試下之的可程式邏輯區塊以及新組態使用。 26. —種場可程式閘陣列，包含：複數個可程式邏輯區塊；複數個與該可程式邏輯區塊互連的可程式邏輯區塊路由資源；該可程式邏輯區塊與該可程式路由資源被初始配置爲至少一初始自我測試區，用於測試在該自我測試區內的該可程· 式邏輯區塊，以及一初始工作區，用於在測試與該場可程式閘陣列的增量重組期間，維持該場可程式閘陣列的正常操作；以及利用至少一空餘可程式區塊，該可程式邏輯區塊與該可程式路由資源係被接續地重組爲該測試結果，以取代在該測試步驟中被認定爲錯誤的至少一可程式邏輯區塊。 7 . 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ ·ϋ βϋ m m f j m 一口年 1 m an n Hi n -ϋ Ha I . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製