The biology has been one of the most important breakthroughs for the saturated area of the electronics research. While self-repairing digital system which is a new method of the fault-tolerance recently takes inspiration from the embryonics, we take inspiration from endocrine cellular communication for developing self-repairing digital circuit. As a result, our proposed self-repairing digital circuit has a low overhead of the architecture and a very simple way of self-repairing. Thus, it could be practically usable while it was not with the existing method. Its system is composed of a structural layer and a gene-controllable layer. In the structural layer, the structure of the module and the circuit between modules, encoded data(genome) for each module and fault detection unit exists. While rerouting after module replacement is a big problem that huge hardware such as dynamic routing is used for it, encoded data in the module of our system has not only functional data but also connection data. Faulty module can be replaced and the whole system`s function and connections are maintained by simply assigning the same encoded data into spare(stem) module. In the gene-controllable layer, when the fault signal is generated in the structural layer and reached to this layer, it determines which neighboring spare(stem) module in the structural layer will take this instead without the collision. These control parts are distributed and operate parallel. Therefore, even several faults occur simultaneously at the different modules, it can recover them at one time. As it is implemented in a FPGA with seven-segments, LED, and switch buttons, we verified the mechanism stated above. The proposed architecture and mechanism are efficient enough to apply it to the real fault tolerant system dealing with harsh and remote environments; the space or the deep sea.
생물학은 전자분야의 포화된 분야에 있어서 중요한 돌파구로서 많은 도움을 주었다. 고장방지시스템(fault tolerant system)의 분야에 있어서도 최근에 들어 생물학으로부터 영감을 받은 자가고장복구(self-repairable) 디지털 시스템들이 부각되었다. 본 논문은 내분비세포통신의 메커니즘에서부터 영감을 받아 새로운 자가고장복구 디지털시스템을 제안하였다. 이 시스템은 구조계층과 고장복구계층으로 나뉜다. 구조계층은 각 모듈의 구조, 모듈간의 연결, 인코딩된 정보(유전정보)와 고장감지유닛으로 구성되어 있다. 기존의 방법들에서는 모듈을 대체후 새로운 연결을 해주기 위해 큰 하드웨어가 필요한 동적라우팅 방법을 사용하거나 한, 두번 교체에 사용될수 있는 방법뿐이 없었다. 하지만, 이 방법에서는 인코딩된 정보가 단지 기능정보뿐만이 아니라 연결정보도 갖게 됨으로써 모듈 고장시 단순히 인코딩된 정보를 주변의 스페어 모듈에 넣어주기만 함으로써도 회로 전체의 기능과 연결이 그대로 유지가 되게 한다. 고장복구계층은 구조계층으로부터 고장신호를 받았을 때 고장난 모듈 주변의 어떤 스페어 모듈로 인코딩된정보를 이동시킬지 결정하게 되며 다른 고장난 모듈과 충돌이 없게끔 하게 한다. 또한 이 제어부는 각각 따로 독립적으로 존재하여 동시에 나는 고장들도 문제없이 복구하게 된다. 이렇게 만들어진 시스템은 구조 및 매우 간단한 복구방법을 갖는 고장복구부분에 있어서도 낮은 하드웨어 오버헤드를 갖게 된다. 해당 시스템은 FPGA(Field Programmable Gate Array)에 7segment, LED와 스위치 버튼과 연결되어 구현 되고 검증이 되었으며 충분히 효율적이라고 판단되어 실제 고장방지시스템이 사용되어지는 곳들에 응용되어질 수 있다고 보여진다.
