一种控制系统信号概率的组合电路可靠性评估方法

摘要

本发明公开了一种控制系统信号概率的组合电路可靠性评估方法。该方法包括向电路施加输入向量，模拟得到电路中各节点的正常输出信号逻辑值；确定电路中每个逻辑门的正确输出概率，基于正常输出概率计算各节点输出为正常输出信号逻辑值的取值概率；基于各取值概率计算电路在输入向量的激励下的可靠度，计算各输入向量下的电路的总可靠度。本发明实现了通过计算在给定输入向量的激励下，组合电路从原始输入至原始输出所有节点信号的正常逻辑取值概率，并结合故障模拟，分析电路受软错误影响时的可靠性，能够简单快速而又准确的计算组合电路在某个特定向量激励下的条件可靠度或若干随机向激励下的平均可靠度。

说明书

技术领域

本申请涉及大型复杂系统的可靠性评估技术领域，具体而言，涉及一种控制系统信号概率的组合电路可靠性评估方法。

背景技术

控制系统是大型装置的指挥者和管理者，控制系统是由很多集成电路组成，超大规模集成(Very Large-Scale Integrated,VLSI)电路技术是现代电子信息技术的重要组成部分，对科学技术、国民经济和国防建设的发展起着巨大的推进作用。然而，随着深亚微米及纳米工艺的应用，芯片的集成度不断提高，集成结构对辐射越来越敏感，因高能粒子轰击而引发的软错误会严重影响电路的可靠性。

随着CMOS晶体管缩小到纳米级尺寸，电路的集成度急剧升高，造成软错误的概率也将增大，进而导致纳米级晶体管构建的电路失效率升高。而电路设计人员在电路设计阶段也无法较为准确的评估和比较不同电路的可靠性。

发明内容

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种控制系统信号概率的组合电路可靠性评估方法。

第一方面，本申请实施例提供了一种控制系统信号概率的组合电路可靠性评估方法，所述方法包括：

向电路施加输入向量，模拟得到所述电路中各节点的正常输出信号逻辑值；

确定所述电路中每个逻辑门的正确输出概率，基于所述正常输出概率计算各所述节点输出为所述正常输出信号逻辑值的取值概率；

基于各所述取值概率计算所述电路在所述输入向量的激励下的可靠度，计算各所述输入向量下的所述电路的总可靠度。

优选的，所述基于所述正常输出概率计算各所述节点输出为所述正常输出信号逻辑值的取值概率，包括：

基于所述正常输出概率，按照电路网表文件中的节点标号顺序依次计算各所述节点输出为所述正常输出信号逻辑值的取值概率。

优选的，所述按照电路网表文件中的节点标号顺序依次计算各所述节点输出为所述正常输出信号逻辑值的取值概率，包括：

获取电路网表文件以及所述输入向量，按照所述电路网表文件中的标号依次获取所述标号对应的节点；

确定所述节点的取值概率是否已计算，对没有计算的所述节点的取值概率进行计算，直至所有所述节点均已计算。

优选的，所述对没有计算的所述节点的取值概率进行计算之前，还包括：

确认没有计算的所述节点的所有前驱动节点的取值概率是否均已计算；

若均已计算，则执行所述对没有计算的所述节点的取值概率进行计算的步骤；

若未均已计算，则不对没有计算的所述节点的取值概率进行计算。

优选的，所述对没有计算的所述节点的取值概率进行计算之后，还包括：

若在所述输入向量下，所述没有计算的所述节点的取值概率无法计算，则跳过此次计算。

优选的，所述计算各所述输入向量下的所述电路的总可靠度，包括：

确定所述电路的原始输入数；

当所述原始输入数低于预设输入数时，穷举所有所述输入向量，计算所有所述输入向量下的所述电路的总可靠度；

当所述原始输入数不低于预设输入数时，随机选取所述预设输入数的所述输入向量，计算各所述输入向量下的所述电路的总可靠度。

第二方面，本发明实施例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，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法的步骤。

第三方面，本发明实施例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如第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法。

本发明的有益效果为：1.通过计算在给定输入向量的激励下，组合电路从原始输入至原始输出所有节点信号的正常逻辑取值概率，并结合故障模拟，分析电路受软错误影响时的可靠性。相比使用概率转移矩阵运算和电路划分的传统方式，本发明能够简单快速而又准确的计算组合电路在某个特定向量激励下的条件可靠度或若干随机向激励下的平均可靠度，且在时间与空间开销方面具有一定的优势，能适用于大规模组合电路受软错误影响时的可靠性评估。

2.解决了传统方法只能进行定性评估的缺点，能够实现控制系统集成电路的可靠性定量评估，为高可靠控制系统的设计与应用提供参考。

3.以受软错误影响的逻辑电路为研究对象，结合对信号概率和电路拓扑结构的分析，得到电路软错误可靠性评估方法，能够准确计算大规模甚至超大规模电路的可靠度，并能用于定位电路中对软错误敏感的逻辑单元。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本申请实施例提供的一种控制系统信号概率的组合电路可靠性评估方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的进行可靠度计算的电路举例示意图；

图3为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本发明也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本发明也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本发明内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。

参见图1，图1是本申请实施例提供的一种控制系统信号概率的组合电路可靠性评估方法的流程示意图。在本申请实施例中，所述方法包括：

S101、向电路施加输入向量，模拟得到所述电路中各节点的正常输出信号逻辑值。

所述输入向量在本申请实施例中可以理解为测试人员为了对电路的可靠度进行测试而设置的某个特定输入向量。

所述正常输出信号逻辑值在本申请实施例中可以理解为电路的各个节点在没有软错误影响下正常工作时的理论输出逻辑值。

在本申请实施例中，当施加某个特定向量至组合电路原始输入端时，正常情况下电路的各个原始输出端即各个节点会有一组确定逻辑值，而在软错误的影响下，可能会发生输出错误的情况，故在施加输入向量后首先模拟得到各节点的正常输出信号逻辑值即正常情况下的理论确定逻辑值，以此作为后续确定节点输出是否正常的判断标准。例如，在输入向量V

S102、确定所述电路中每个逻辑门的正确输出概率，基于所述正常输出概率计算各所述节点输出为所述正常输出信号逻辑值的取值概率。

在本申请实施例中，由于软错误的影响，各个逻辑门未必能正确输出结果，进而导致电路可能存在一个或多个节点的原始输出信号的逻辑值与正常值相反。设输入向量为V

在一种可实施方式中，所述基于所述正常输出概率计算各所述节点输出为所述正常输出信号逻辑值的取值概率，包括：

基于所述正常输出概率，按照电路网表文件中的节点标号顺序依次计算各所述节点输出为所述正常输出信号逻辑值的取值概率。

在本申请实施例中，电路网表文件中按顺序记录有电路中各节点的标号，本申请将按照节点标号的顺序来依次计算各个节点输出的取值概率。以此避免随机选取节点来进行取值概率计算的不准确性。

在一种可实施方式中，所述按照电路网表文件中的节点标号顺序依次计算各所述节点输出为所述正常输出信号逻辑值的取值概率，包括：

获取电路网表文件以及所述输入向量，按照所述电路网表文件中的标号依次获取所述标号对应的节点；

确定所述节点的取值概率是否已计算，对没有计算的所述节点的取值概率进行计算，直至所有所述节点均已计算。

在本申请实施例中，依据电路网表文件的标号获取到对应的节点后，由于节点的选取是依次遍历的，为了避免重复计算，首先将确定该节点的取值概率是否已经被计算，只会对没有计算的节点进行取值概率的计算，直至所有节点均认为已经被计算。

在一种可实施方式中，所述对没有计算的所述节点的取值概率进行计算之前，还包括：

确认没有计算的所述节点的所有前驱动节点的取值概率是否均已计算；

若均已计算，则执行所述对没有计算的所述节点的取值概率进行计算的步骤；

若未均已计算，则不对没有计算的所述节点的取值概率进行计算。

所述前驱动节点在本申请实施例中可以理解为将要进行计算的节点之前的与其连接关联的节点。

在本申请实施例中，对没有计算的节点进行计算之前，还需要确定该节点的前驱动节点的取值概率是否已经全部计算得到，每个节点的输出的取值概率与其前驱动的各节点的取值概率是相关联的，若前驱动节点的取值概率没有确定，则该节点的取值概率是无法得到或不准确的。因此，若该节点的前驱动节点存在没有确定取值概率的节点，则不对该节点进行取值概率计算，等待下一次施加输入向量遍历时再进行计算。

在一种可实施方式中，所述对没有计算的所述节点的取值概率进行计算之后，还包括：

若在所述输入向量下，所述没有计算的所述节点的取值概率无法计算，则跳过此次计算。

在本申请实施例中，由于输入向量是测试人员设置的指定向量，例如(1，1，1，…，1)、(0，0，0，…，0)、(1，0，1，…，0)等，某些节点的输出在某些输入向量下是无法确定的，当对各节点的依次计算过程中遇到暂时无法计算出明确输出取值概率的节点时，将跳过对该节点的计算，在下一次基于其他的输入向量遍历电路节点时再重新计算该节点的取值概率。这样便能够通过多次遍历计算电路节点来得到电路所有节点信号输出的取值概率。

S103、基于各所述取值概率计算所述电路在所述输入向量的激励下的可靠度，计算各所述输入向量下的所述电路的总可靠度。

在本申请实施例中，计算出电路所有节点信号输出的取值概率后，即可计算得到电路在该输入向量的激励下的可靠度。通过不断地更改输入向量来计算电路在各个输入向量的激励下的可靠度，即可确定电路的总可靠度。

具体的，电路在向量V

其中，上式成立的条件是所有输出节点信号相互独立。若存在某些原始输出节点并非相互独立，则根据该式计算出的电路可靠度与真实情况会有偏差，由于对多数逻辑电路而言，该偏差很小，所以仍用上式表示电路在输入向量V

R(C)＝ΣR(C|V

其中，上式中的P(V

在一种可实施方式中，所述计算各所述输入向量下的所述电路的总可靠度，包括：

确定所述电路的原始输入数；

当所述原始输入数低于预设输入数时，穷举所有所述输入向量，计算所有所述输入向量下的所述电路的总可靠度；

当所述原始输入数不低于预设输入数时，随机选取所述预设输入数的所述输入向量，计算各所述输入向量下的所述电路的总可靠度。

在本申请实施例中，对于输入数较多的电路，通过穷举所有的输入向量激励来计算R(C)将耗费大量的时间。故本申请将对电路的原始输入数进行判断，当原始输入数低于预设输入数即认为原始输入数较少，可以通过穷举的方法遍历所有输入向量来计算电路总可靠度。当原始输入数超出预设输入数时，即认为原始输入数过多，不适合穷举，将通过随机施加与预设输入数相同数量的输入向量来计算出电路的近似可靠度，并将其作为电路的总可靠度。

示例性的，如图2所示，示例电路由一个与门和一个与非门组成。假设两个逻辑门的正确输出概率都为r；，计算在输入向量V

已知q

进一步计算输入向量V

总可靠度为：R(C)＝ΣR(C|V

参见图3，其示出了本发明实施例所涉及的一种电子设备的结构示意图，该电子设备可以用于实施图1所示实施例中的方法。如图3所示，电子设备300可以包括：至少一个中央处理器301，至少一个网络接口304，用户接口303，存储器305，至少一个通信总线302。

其中，通信总线302用于实现这些组件之间的连接通信。

其中，用户接口303可以包括显示屏(Display)、摄像头(Camera)，可选用户接口303还可以包括标准的有线接口、无线接口。

其中，网络接口304可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。

其中，中央处理器301可以包括一个或者多个处理核心。中央处理器301利用各种接口和线路连接整个终端300内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器305内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器305内的数据，执行终端300的各种功能和处理数据。可选的，中央处理器301可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。中央处理器301可集成中央中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、图像中央处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到中央处理器301中，单独通过一块芯片进行实现。

其中，存储器305可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory)。可选的，该存储器305包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。存储器305可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器305可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器305可选的还可以是至少一个位于远离前述中央处理器301的存储装置。如图3所示，作为一种计算机存储介质的存储器305中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及程序指令。

在图3所示的电子设备300中，用户接口303主要用于为用户提供输入的接口，获取用户输入的数据；而处理器301可以用于调用存储器305中存储的控制系统信号概率的组合电路可靠性评估应用程序，并具体执行以下操作：

向电路施加输入向量，模拟得到所述电路中各节点的正常输出信号逻辑值；

确定所述电路中每个逻辑门的正确输出概率，基于所述正常输出概率计算各所述节点输出为所述正常输出信号逻辑值的取值概率；

基于各所述取值概率计算所述电路在所述输入向量的激励下的可靠度，计算各所述输入向量下的所述电路的总可靠度。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器IC)，或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random AccessMemory，RAM)、磁盘或光盘等。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。