I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 1 7 ,   p p .   2 45 1 ~ 2 4 58   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 7 i 5 . pp 245 1 - 24 58           2451       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   Bla ck  Bo x  Mo del  ba sed Self  H ea lin g  Solutio n f o r S tu ck at  Faults in  Digita Circuits       S.  M e y y a pp a n 1 V.   Ala m e lu m a ng a i 2   De p t.   o f   E&I E n g g . ,   A n n a m a lai  Un iv e rsit y         Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   3 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   J u n   12 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Sep   11 ,   2 0 1 7       T h e   p a p e p ro p o se a   d e sig n   str a teg y   to   re tain   th e   tru e   n a tu re   o th e   o u tp u in   th e   e v e n o f   o c c u rre n c e   o f   stu c k   a f a u lt a th e   in terc o n n e c lev e ls  o f   d ig it a l   c ircu it s.  T h e   p ro c e d u re   e n d e a v o u rs  to   d e sig n   a   c o m b in a ti o n a a rc h it e c tu re   w h ich   in c lu d e s attri b u tes   t o   i d e n ti fy   stu c k   a fa u lt s p re se n in   th e   i n t e r m e d iate   li n e a n d   in v o lv e a   h e a li n g   m e c h a n ism   to   re d re ss   th e   sa m e .   T h e   si m u late d   f a u lt   in jec ti o n   p r o c e d u re   in tr o d u c e b o th   sin g le  a w e ll   a m u lt ip le  stu c k - a f a u lt a th e   in terc o n n e c lev e ls  o f   a   t w o   lev e c o m b in a ti o n a l   c ircu it   in   a c c o rd a n c e   w it h   th e   d irec ti v e o f   a   c o n tr o sig n a l.   T h e   i n h e re n h e a f a c il it y   a tt a c h e d   to   th e   f o rm u latio n   e n a b l e to   re a c h   o u t h e   f a u lt   f re e   o u tp u e v e n   in   th e   p re se n c e   o f   fa u lt s.  T h e   M o d e lsi m   b a se d   si m u latio n   re su lt o b tai n e d   f o th e   Circu it   Un d e T e st  [ CUT i m p le m e n ted   u si n g   a   Re a d   On ly   M e m o r y   [ ROM ] ,   p r o c laim   th e   a b il it y   o f   th e   s y ste m   to   su rv iv e   it se lf   f ro m   th e   in f lu e n c e   o f   f a u lt s.  T h e   c o m p a riso n   m a d e   w it h   th e   trad it io n a T rip le  M o d u lar  Re d u n d a n c y   [ T M R]   e x h ib it t h e   su p e ri o ri ty   o th e   sc h e m e   in   ter m o f   f a u lt   c o v e ra g e   a n d   a re a   o v e rh e a d .   K ey w o r d s :   B lack   b o x   m o d el   Fau lt to ler a n ce   R ed u n d an c y   Self   h ea li n g   Stu c k   at  f a u lt s     Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   S.  Me y y ap p an   Dep t.  o f   E & I   E n g g . ,   An n a m al ai  Un i v er s it y   An n a m ala i N ag ar   6 0 8 0 0 2 ,   T a m il Na d u ,   I n d ia   m e y s . n ar a y an @ g m ail. co m         1.   I NT RO D UCT I O N     T h ev o lu tio n   o f   v er y   d ee p   s u b m icr o n   tech n o lo g y   s tead il y   r ed u ce s   th f ea t u r s ize  o f   i n teg r ated   cir cu its   to   a   lar g e x te n a n d   i n cr ea s es  th lo g ic  to   p i n   r atio   to   n e w   h i g h   w h ich   in   tu r n   c o n tr ib u tes  to   h i g h er   er r o r   r ates.  T h r ed u ce d   v o ltag s u p p lies   a n d   th er ef o r n o is m ar g i n s ,   to g eth er   w i th   r ed u ce d   in ter n al   ca p ac itan ce s   in cr ea s e   t h eir   s u s ce p tib ilit y   an d   s en s it i v it y   to   r ad iatio n s   t h er eb y   m a k i n g   th e   s y s te m   er r o r   p r o n [ 1 ] ,   [ 2 ].     P er m an e n t,  tr an s ie n an d   in ter m itte n f au l ts   r e m a in   t h m ai n   s o u r ce s   o f   er r o r s   in   d ig ita cir cu it s .   P er m a n en f au lts   e x h ib it  ir r e v er s ib le  p h y s ical  c h an g es  o n   ac co u n o f   w ea r - o u h ar d w a r co m p o n e n ts .   T h tr an s ie n f a u lt s   er u p d u to   ex ter n al  en v ir o n m e n tal  co n d itio n s   li k co s m ic  r a y s   an d   elec tr o m a g n et ic   in ter f er e n ce   w h er ea s   in ter m itt en f a u lt s   ar is in   l ig h o f   u n s tab le  o r   m ar g in a h ar d w ar an d   m a n u f ac t u r in g   r esid u es [ 3] - [6 ] .     T h p h ilo s o p h y   o f   f a u lt  to ler an ce   g ai n s   cr u cial  s ig n i f ica n ce   as  it  h elp s   to   ac h iev r eliab le  h ar d w ar e   p er f o r m a n ce   in   th e   s e n s it   m a k es   th e   s y s te m   in s en s iti v to   f au lts   an d   co n tin u to   p er f o r m   it s   ta s k s   ef f ec tiv e l y   e v e n   i n   f a u lt  p r o n o p er atin g   co n d itio n s   [ 7 ] ,   [ 8 ] .   T y p es  o f   f a u lt  to ler a n t ec h n iq u es  i n cl u d h ar d w ar e,   s o f t w ar e,   i n f o r m ati o n   an d   t i m e   r ed u n d a n cies.   D ep en d ab ilit y   r e f er s   to   th e   s ci en ce   o f   f a ilu r a n d   ch ar ac ter izes  b y   t h ab ili t y   o f   an   e n tit y   to   s ati s f y   o n o r   m o r o f   t h e   v i tal  s y s te m   f u n ctio n s   ev e n   u n d er   f a u l t y   o p er atin g   co n d itio n s   [ 9 ] .   Sel f - h ea li n g   s y s te m s   h a v t h ab ili t y   to   m o d i f y   t h eir   o w n   b eh a v i o u r   in   r esp o n s t o   ch an g es  i n   t h eir   en v ir o n m en th at  lead   to   s y s te m   f a u lts   [ 1 0 ] .   T h th eo r y   o f   f au l in j ec tio n   m an i f e s ts   it s el f   as   th v alid atio n   tec h n iq u o f   f a u l to ler a n s y s te m s   [1 1 ] ,   [ 1 2 ]   an d   m a n d ates  t h d es ig n er   to   s t u d y   t h s y s te m s   b eh av io u r   i n   th p r ese n ce   o f   f au l ts   i n tr o d u ce d   d elib er ately   in   t h s y s te m .   T h r ee   b asic  ca teg o r ies  o f   f a u lt   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   5 Octo b er   201 7   :   2 4 5 1     24 58   2452   in j ec tio n   in cl u d h ar d w ar i m p le m en ted   f au lt  i n j ec tio n ,   s o f t w ar i m p le m e n ted   f a u lt  in j ec t io n   an d   s i m u lated   f au lt  i n j ec tio n .   A d v a n tag e s   o f   s i m u la ted   f a u lt  i n j ec tio n   i n cl u d co s r ed u ctio n   i n   th e   d esi g n   p r o ce s s   d u to   ea r l y   d iag n o s i s ,   a v o id an ce   o f   r ed esig n   i n   ca s o f   er r o r   an d   th u s   s h o r ti m e - to - m ar k et  [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   Ver y   h ig h   s p e ed   in teg r ated   cir cu i ts   Har d w ar Descr ip tio n   L a n g u a g [ VHDL ]   b ased   f a u lt  i n j ec tio n   r ec eiv es  w id s p r ea d   r ec o g n itio n   d u to   its   f lex ib ili t y   co m b in ed   w it h   h ig h   d eg r ee   o f   co n tr o llab ilit y   an d   o b s er v ab ilit y   o n   all  th e   co m p o n e n t s   o f   t h s i m u lated   m o d el  [ 12 ].   co s ef f ec ti v n o n   in tr u s i v e   tech n iq u s i m ilar   to   d u p licatio n   w i th   co m p ar is o n ,   w h er ein   d u p licated   f u n ctio n   m o d u le  an d   co m p ar ato r   to g eth er   ac ts   as  f u n ctio n   ch ec k er   to   d etec an y   er r o n e o u s   r esp o n s o f   t h e   o r ig in al  f u n ctio n   m o d u le  h a s   b ee n   p r esen ted   in   [ 1 5 ] B a s ed   o n   VHDL   d escr ip tio n s ,   i m p le m en ta tio n   o f   s ep ar ab le  co d es  f o r   co n c u r r en er r o r   d etec tio n   w it h in   V L SI  I C s   h a s   b ee n   d escr ib ed   i n   [ 1 6 ] .   s u itab le   ap p r o ac h   f o r   g en er ati n g   t w o   l ev el  co m b i n atio n a cir cu it s   w i th   co n c u r r en er r o r   d etec tio n   ca p ab ilit y   b ased   on  th r ee   d if f er en t te c h n iq u e s   h as  b ee n   p r o p o s ed   in   [ 1 7 ] .   An   in - d ep th   r ev ie w   o f   t h liter atu r r elate d   to   s elf   h ea lin g   alo n g   w it h   d etailed   s u r v e y   an d   s y n t h esi s   h as  b ee n   p r esen ted   u s i n g   t h e   d ev elo p ed   tax o n o m y   i n   [ 1 8 ] .   A   s elf   h ea l in g   ar ch itect u r b ased   o n   h u m a n   i m m u n e   s y s te m   s u itab le  f o r   to ler atin g   s o f t   er r o r s   o cc u r r in g   i n   V L SI  b ased   d i g ital   s y s te m s   h as   b ee n   p r o p o s ed   in   [ 1 9 ] .   T h er r o r   in   th d ig ita cir cu it  h a s   b ee n   tr ea ted   as  an   an tig e n   b y   t h s y s te m   an d   d is tr ib u ted   d ef en ce   m ec h a n i s m   h as b ee n   ev o l v ed   to   h ea l its el f   f r o m   th e f f ec t o f   th er r o r .   T h r ee   d if f er en ar c h itect u r es  u s i n g   o n li n c h ec k er s   f o r   er r o r   d etec tio n   w h ich   in   t u r n   in itiates   t h e   r ec o n f i g u r atio n   p r o ce s s   o f   t h f a u lt y   u n it  ar p r esen te d   in   [ 2 0 ] .   T h m o d if icat io n   o f   f a u l to ler a n t   ar ch itect u r es  in to   p ar tial  r ec o n f i g u r ab le  m o d u les  an d   t h s i g n i f ica n ad v a n ta g es  o f   p ar tial  d y n a m ic   r ec o n f i g u r atio n   w h e n   e m p lo y ed   in   f a u lt   to ler an t   s y s te m   d esig n   ar e   d e m o n s tr ated .   h y b r id   f a u lt   to ler an t   ar ch itect u r h as  b ee n   p r o p o s ed   in   [ 2 1 ]   to   im p r o v th r o b u s tn e s s   o f   lo g ic  C MO cir c u it s .   T h ar ch itectu r e   co m b i n es  d i f f er en t y p es  o f   r ed u n d an cie s   to g et h er   to   to ler ate  tr an s ie n as  w el as  p er m an en f a u lt s .   A   n e h y b r id   f a u lt - to ler an ar c h itect u r to   i m p r o v r o b u s t n ess   o f   d ig ita C MO cir cu it s   an d   s y s te m s   h a s   b ee n   p r esen ted   in   [ 2 2 ] .   T h is   ar ch itect u r also   e m p lo y s   i n f o r m atio n   r ed u n d an c y   f o r   er r o r   d etec tio n ,   ti m i n g   r ed u n d an c y   f o r   tr an s ien t e r r o r   co r r ec tio n   an d   h ar d w ar r ed u n d an c y   f o r   p er m a n en t e r r o r   co r r ec tio n .     Desp ite  all   t h atte m p ts   b ein g   m ad e,   s till   t h er is   an   e x ig e n c y   f o r   p ar ad ig m   s h if t   i n   t h e   d esig n   o f   f au lt  to ler an d ig i tal  s y s te m s .   T h s ch e m p r o p o s es  h ea lin g   s tr ate g y   to   co u n ter ac th p r esen ce   o f   s t u c k   at   f au lts   i n   m u lti  le v el  co m b i n at io n al  cir cu it s   w it h   v ie w   to   n u lli f y   t h eir   i n f lu e n ce   o n   t h s y s te m .   T h s ch e m e   e m p lo y s   s i m u lated   f au lt  i n j ec tio n   tec h n iq u o n   t h b asi s   o f   i ts   ab ilit y   to   v alid ate  th d ep en d ab ilit y   o f   s y s te m s   d u r in g   th d e s ig n   p h a s e.   T h s ch e m m an a g e s   to   d is ta n its el f   f r o m   t h cu r r en liter at u r in   t h s en s it   u n v eil s   a   n o v el  b lac k   b o x   m o d ellin g   ap p r o ac h   f o r   th e   f o r m a tio n   o f   h ea li n g   m ec h a n is m   w h ich     to ler ates  s i n g le  as  w e ll a s   m u l tip le  b it f a u lts   a n d   m a k es t h s y s te m     tr u l y   f au lt to ler an t.   T h r est  o f   th p ap er   o r g an iz es  its el f   u n d er   th r ee   s ec tio n s   t h at  i n cl u d d esig n   m et h o d o lo g y ,   r es u lt s   an d   d is cu s s io n   a n d   f i n all y   co n clu s io n .       2 .       DE SI G M E T H O DO L O G Y     T h p r im ar y   t h eo r y   v o w s   to   ev o lv s e lf   h ea li n g   s tr ate g y   to   s u r v i v s tu c k   at  f au l ts   o c cu r r in g   in   co m b i n atio n al  lo g ic  o f   a n y   d ig ital  c ir cu it.   T h p r o ce d u r r eiter ates  it s   p r o m i s to   cr ea te  a   th o r o u g h l y   r el iab le   s y s te m   w it h   v ie w   to   p r o v id f a u lt  f r ee   o u tp u t   e v en   o n   t h o cc u r r en ce   o f   f a u lt s .   I i n v o lv es  th e   s i m u lated   f au lt  i n j ec tio n   p r o ce d u r to   in j ec f a u lts   a t h i n ter co n n ec lev el s   o f   th e   s y s te m   a n d   la y   d o w n   m ea s u r e s   to   id en ti f y   t h eir   o cc u r r en ce   in   o r d er   to   f o r m u late  t h h ea li n g   s eq u en ce .   T h tr av el  m o v es   o n   u s in g   th p o r tals   o f   Mo d elsi m   p latf o r m   to   r ea lize  th f u n c tio n al  s tatu s   o f   t h p r o p o s ed   ar ch itectu r an d   en s u r es  it s   p r ac tical   s u itab il it y   w i th   t h h elp   o f   Xil in x   FP GA .       T h ce n tr al  th e m o f   th s c h e m p r o m i s es  to   n eg ate  t h e   ef f ec o f   s t u c k - a f a u lts   p r esen at  th e   in ter co n n ec le v els  o f   co m b i n atio n al  cir cu its   a n d   b r in g   o u th ex p ec ted   b eh a v io u r .   T h p r o ce d u r s tr iv es  to   en s u r s en s o f   r eliab ilit y   i n   th f lo w   o f   s i g n a ls   an d   co m u p   w it h   th d esire d   p er f o r m an ce .   T h s ch e m e   en j o y s   t h b en e f it   o f   in co r p o r atin g   b u ilt - i n   h ea li n g   p r o ce d u r t h at  ca n   eli m i n ate  t h i m p ac t o f   s tu c k   a f au l ts   p r esen at   t h i n ter co n n ec le v els   a n d   p r o d u ce   tr u e   v a lu e s   o n   t h p r i m ar y   o u tp u li n e s   o f   th s y s te m   t h er eb y   m ak in g   it a   s el f   h ea li n g   s y s te m   b y   it s   v er y   n at u r e.     I n ter n all y ,   t h R OM   b elo n g s   t o   th ca teg o r y   o f   co m b in a tio n al  cir cu i t th a t c an   b i m p le m en ted   w it h   A N g ates  co n n ec ted   as  d ec o d er   an d   a   n u m b er   o f   O R   g ate s   eq u al  to   th n u m b er   o f   o u tp u ts .   T h R OM   f all s   in to   t w o   lev el  i m p le m e n tati o n   in   s u m   o f   m i n ter m s   f o r m   i n   o r d er   th at  ea ch   o f   i ts   o u tp u p r o v id es  th s u m   o f   all  th m in ter m s   o f   n ”  i n p u t s .   T h B o o lean   f u n ctio n s   o f   t h C UT   e x p r ess ed   in   s u m   o f   m in ter m s   ar e:                                                        F 1( A 2 ,A 1 ,A 0 ) =  ∑( 1 ,3,5,7)           F 2( A 2 ,A 1 ,A 0 ) =  ∑( 0,1,4, 5)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       B la ck   B o Mo d el  b a s ed   S elf  H ea lin g   S o lu tio n   fo r   S t u ck   a t F a u lts   in   Dig ita l Ci r cu its   ( S .   Meyy a p p a n )   2453           F 3( A 2 ,A 1 ,A 0 ) =  ∑( 2,3,4, 5,6)           F 4( A 2 ,A 1 ,A 0 ) =  ∑( 3,4,7)           F 5( A 2 ,A 1 ,A 0 ) =  ∑( 0,1,2, 3)           F 6( A 2 ,A 1 ,A 0 ) =  ∑( 0,5,6)           F 7( A 2 ,A 1 ,A 0 ) =  ∑( 2,3,4, 5)           F 8( A 2 ,A 1 ,A 0 ) =  ∑( 1,2,3, 4,5,6)     T h ch o s en   C UT   r elate s   to   R OM   o f   s ize  8 X8   w it h   th r ee   i n p u t s   a n d   eig h t   o u tp u ts .   T h F ig u r e s   1   &   2   s h o w   th lo g ic  d iag r a m   o f   th C UT   i m p le m e n ted   u s i n g   8 Χ 8   R OM   an d   t h b lo ck   d iag r a m   o f   th s elf   h ea li n g   m ec h a n i s m   r e s p ec tiv el y .         Fig u r 1 .   L o g ic  d iag r a m   o f   t h e   C UT   im p le m e n ted   u s in g   8 X8   R OM       I n   g e n er al,   m o d el  is   th o n w h ich   r ep r esen ts   t h b eh av i o u r   o f   p h y s ica s y s te m .   A   m o d el  ca n   eith er   b b lac k   b o x   m o d el  o r   w h ite  b o x   m o d el  o r   t h co m b i n atio n   o f   b o th   ca lled   a s   g r e y   b o x   m o d el.   I n   b lack   b o x   m o d ellin g ,   th s y s t e m   is   s i m p l y   co n s id er ed   as   b lack   b o x   in   th s en s th te s t er   d o es  n o p o s s ess   an y   p r io r   k n o w led g o v er   t h in ter n al  s tr u ct u r a n d   f u n ct io n s   o f   t h s y s te m   b u t   t h o r o u g h l y   k n o w s   t h at  a   p ar ticu lar   in p u s h o u ld   r et u r n   ce r tain   i n v ar iab le  o u tp u t.   I n   o th er   w o r d s ,   t h test er   i s   a w ar o f   w h at  th e   s y s te m   is   s u p p o s ed   to   d o   b u n o o f   h o w   d o es  it  d o .   T h p r o p o s ed   s ch e m u tili ze s   t h i s   f ac to   b u i ld   th h ea li n g   ar ch itec tu r w h ich   ass u m e s   th e   r o le  o f   test er   an d   b r in g s   o u th e   d esire d   o u tp u b a s ed   o n   th e   alr ea d y   estab lis h ed   i n p u t - o u tp u r elati o n s h ip   o f   th e   s y s te m   r eg ar d l ess   o f   t h p r ese n ce   o f   f a u lts   at  th e   i n ter co n n ec t   lev els o f   th s y s te m .         A c t u a l   F i r st   S t a g e O u t p u t D e si r e d   F i r st   S t a g e O u t p u t C o m p a r a t o r H e a l e r   S e c o n d   S t a g e E r r o r P r i m a r y O u t p u t s N o   E r r o r   Fig u r 2 .   B lo ck   d iag r a m   o f   t h s elf   h ea li n g   m ec h an i s m       I is   i n   t h is   p er s p ec tiv t h s c h e m e   h o u s e s   h ea li n g   cir cu it   co n s i s ts   o f   ei g h E X - O R   g a t es  eq u al  to   th n u m b er   o f   o u tp u ts   i n   th f ir s s tag o f   t h 8 X8   R OM   as  an   in te g r al  p ar o f   th s y s te m .   T h d esire d   o u tp u t   alo n g   w it h   t h co r r esp o n d in g   ev e n t u al  o u tco m e   f r o m   ea c h   o f   t h o u tp u t   li n es   o f   th e   d ec o d er   to g eth er   f o r m   th i n p u ts   to   ea c h   o f   t h E X - OR   g ate s .   T h ap p r o ac h   ex te n d s   to   f o llo w   th e   o u tp u ts   o f   t h E X - O R   g ates   a n d   s en s es  t h f a u lt  w h en   t h o u tp u o f   an y   o f   t h E X - OR   g ates  g o es  h i g h .   I f u r t h er   p r o ce ed s   t o   to g g le  th lo g ic   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   5 Octo b er   201 7   :   2 4 5 1     24 58   2454   s tate  o f   t h f a u lt y   i n ter co n n ec t   lin an d   r ev er t it  b ac k   to   its   f a u lt  f r ee   s tate.   T h r ig o r o u s   p r o ce s s   o f   co n tin u o u s   m o n ito r i n g   o f   s i g n a f lo w   a n d   th ab il it y   to   ta k t h co r r ec ti v ac tio n   o n   th e   f l y   m ak e   th e   s y s te m   tr u l y   s el f   h ea li n g   o n e.   T h a lg o r it h m   s e en   b elo w   e n u m er ate s   t h e   s tep s   in v o lv ed   in   t h p r o ce d u r to   h ar m o n ize  t h f a u l t   in j ec tio n   m ec h a n is m   an d   t h h ea lin g   p ar w it h   t h r est o f   t h s y s te m .   A lg o r ith m   1.   Dete r m i n th o u tp u t s   o f   t h s y s te m   s ta g b y   s tag f o r   th g i v en   s et  o f   p r i m ar y   in p u ts   2.   C h ec k   t h s tat u s   o f   t h co n tr o l   s ig n al   3.   If    co n tr o l”  is     n o t e n ab led     t hen   4.   Get  th f au l t f r ee   o u tp u ts   o f   t h s y s te m   w i th o u t f a u lt i n j ec tio n     5.   E ls e   6.   C h o o s a n y   o f   t h i n ter co n n ec t lin e( s )   i n   th f ir s s tag o f   th s y s te m   r a n d o m l y   7.   I n j ec t f au lt o n   t h c h o s en   li n e( s )   8.   Hea l th s y s te m   w i th   t h b u il t in   s el f   h ea lin g   f ac ilit y   9.   Ob tain   th f a u lt  f r ee   p r i m ar y   o u tp u t s   o f   t h s y s te m     10.   E nd   if       3 .       RE SUL T S AN D I SCU SS I O N   W h en   th e   C UT   o p er ates  in   f a u lt  f r ee   s tate,   it  p r o d u ce s   th e   o u tp u a s   1 1 1 1 0 0 0 0 ”  f o r   g iv en   i n p u t   co m b i n atio n   o f   1 0 0 ”  in   ac co r d an ce   w it h   its   i n p u   o u tp u r elatio n s h ip .   On   th o th er   h a n d ,   th ap p ea r an ce   o f   s tu c k   at  f a u lt s   at  t h in ter m ed i ate  lin es  ca u s e s   th cir c u it  to   g en er ate  f au lt y   o u tp u t.  Fi g u r 3   d ep icts   o n s u ch   tu r b u le n s tate  o f   t h C UT   in   w h ic h   t h i n ter co n n ec lev el s   i n t( 0 )   an d   i n t( 4 )   ar s tu c k   at  1   an d   s tu c k   at   0   r esp ec tiv el y .           Fig u r 3 .   T h C UT   in   th p r esen ce   o f   s t u c k   at  f a u lt s       T h T ab le  1   d is p lay s   th d i f f e r en o u tp u t s   g e n er ated   b y   th cir cu it  f o r   th s a m i n p u co m b in atio n   i n   co n s eq u e n ce   o f   t h p r esen ce   o f   s t u c k   at  f a u lts   o cc u r r ed   at  th in ter co n n ec t le v el s .         T ab le  1 .   Fau lt y   o p er atin g   co n d itio n   o f   th C UT     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       B la ck   B o Mo d el  b a s ed   S elf  H ea lin g   S o lu tio n   fo r   S t u ck   a t F a u lts   in   Dig ita l Ci r cu its   ( S .   Meyy a p p a n )   2455     *   in t( 1 )   is   s t u c k   at   * * i n t( 1 )   an d   in t( 4 )   ar s - a - 1   &   s - a - 0   r esp ec tiv el y   T h Mo d elsi m   b ased   s i m u lat io n   r esu lt s   d is p la y ed   i n   Fig u r es  4   to   7   elu cid ate  th ab ilit y   o f   t h e   p r o p o s ed   h ea lin g   s tr ate g y   to   k ee p   th C UT   in   its   f au l to le r an s tate.   T h r esp o n s s ee n   in   Fi g u r e. 4   ex p la in s   th f ac t h at  as  lo n g   as  th co n tr o s ig n al  is   at  lo g ic  0   s tate  it  in h ib its   t h f a u lt  i n j ec tio n   ca m p ai g n   an d   th e   s y s te m   o p er ates i n   an   er r o r   f r ee   en v ir o n m e n t.          Fig u r 4 .   Ou tp u t o f   th C UT   w h e n   th co n tr o l si g n al  co n ”  is   at  lo g ic  0       Ho w e v er   th e   en ab li n g   o f   th e   co n tr o s i g n al   as  s ee n   in   Fi g u r es  5   an d   6   p er m it s   t h i n tr o d u ctio n   o f   s tu c k - at  f au lts   b a s ed   o n   t h lo g ic  v al u es o f   t h 4   b it  f au lt  g e n er ato r   “f g ”  i n   t h s e n s e   at  t h e   5 0 0 th   n s   t h 2 th   i.e . ,   in t( 1 )   in ter co n n ec li n i s   m ad to   b s tu c k - at  lo g ic   1   a n d   at  th 1 0 0 0 th   n s   t h 5 nd   in ter co n n ec li n i.e . ,   in t ( 4 )   to   b s tu c k - at  lo g ic  0   r esp ec t iv el y .   Desp ite   th e   i n tr o d u ctio n   o f   f a u lt s ,   t h cir c u it  co n ti n u es  to   g e n er ate  t h e   co r r ec in f o r m atio n   o n   it s   p r i m ar y   o u tp u li n es  t h a n k s   t o   th in n ate  ab ilit y   o f   t h h ea li n g   m ec h an is m   in h er e n tl y   as s o ciate d   w i th   it.              Fig u r 5 .   Ou tp u t o f   th C UT   w h e n   th i n ter m ed iate  lin i n t( 1 ) ”  is   s tu ck - at  1     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   5 Octo b er   201 7   :   2 4 5 1     24 58   2456     Fig u r 6 .   Ou tp u t o f   th C UT   w h e n   th i n ter m ed iate  lin e s   i n t( 1   &   4 ) ”  ar s tu ck   at  1   &   0   r esp ec tiv el y         Fig u r 7 .   Ou tp u t o f   th s e lf   h e alin g   R OM   w h e n   th co n tr o l s ig n a l “ co n   r ev er ts   to   lo g ic  0       T h Fig u r 7   elab o r ates  t h r etr ac tio n   o f   t h s y s te m   in to   i ts   f a u lt  f r ee   s tate  as  t h co n t r o s ig n al   r ev er ts   to   lo g ic  0   at  th 1 5 0 0 th   n s .   T h T ab le  2   h ig h lig h t s   th lo g ic  s tate s   o f   th s ig n als  ass o ciate d   w i th   t h e   C UT   in   co n s eq u e n ce   o f   t h s e q u en ce   o f   e v en ts   o cc u r r in g   at  d if f er e n t si m u latio n   in s ta n ts .         T ab le  2 .   L o g ic  s tates o f   s i g n al s   at  d if f er en t s i m u lat io n   i n s ta n ts   Si m ula t io n I ns t a nt   co n ( 1 )   f g   ( 4 )   ( 3 )   int  ( 8 )   F   ( 8 )   0   n s   to   4 9 9   n s   0   0100   100   0 0 0 1 0 0 0 0   1 1 1 1 0 0 0 0   5 0 0   n s   to   9 9 9   n s   1   0100   100   * 0 0 0 1 0 0 1 0   1 1 1 1 0 0 0 0   1 0 0 0   n s   to   1 4 9 9   n s   1   1000   100   * * 0 0 0 0 00 1 0   1 1 1 1 0 0 0 0   1 5 0 0   n s   to   2 0 0 0   n s   0   1000   100   0 0 0 1 0 0 0 0   1 1 1 1 0 0 0 0           in t( 1 )   is   s t u ck   at  1      * * i n t( 1 )   an d   in t( 4 )   ar s - a - 1   &   s - a - 0   r esp ec tiv el y   T h s i m u latio n   r es u lts   clea r l y   s h o w   t h at  t h p r o p o s ed   s elf   h ea li n g   ar ch itect u r ex h ib it s   ex ce lle n t   r esil ien ce   a n d   m ee ts   t h d es ig n   s p ec if icat io n s   e v en   i n   tu r b u len s it u atio n s .   T h ab ilit y   o f   th FP G A   to   r ec o n f i g u r it s elf   m a n d ates  th d esig n er   to   in co r p o r a te  f au lt   to ler an f ea tu r e s   an d   h elp s   to   r ea lize  th lo g ical   i m p le m en ta tio n   o f   t h s p ec if i ed   d esig n .   T h r ea ti m i m p l e m en tatio n   o f   t h p r o p o s ed   s elf   h ea li n g   s c h e m e   u s i n g   XC 3 S5 0 0 E   FP GA   o n   Xilin x   f o u n d atio n   s er ies  I SE  9 . 2 p latf o r m   v alid ate s   th s i m u lated   p er f o r m a n c e   o f   th VHD L   co d d ev elo p ed   f o r   th C UT   an d   en d o r s es it s   p r ac tical  s u itab il it y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       B la ck   B o Mo d el  b a s ed   S elf  H ea lin g   S o lu tio n   fo r   S t u ck   a t F a u lts   in   Dig ita l Ci r cu its   ( S .   Meyy a p p a n )   2457   3 . 1 .       P er f o rm a nce  A na ly s is       T h T ab le  3   co m p ar es  t h f a u lt  co v er a g ab ilit y   a n d   th r eq u ir ed   ar ea   o v er h ea d   o f   th e   p r o p o s ed   s ch e m w it h   T MR  f o r   th e   C UT .   T h f a u lt   c o v er ag e   ex p la in s   t h ab ilit y   o f   t h e   s y s te m   t o   to ler ate  f a u lt s   at   a   g iv e n   p o in o f   ti m w h ile  o v er h ea d   p r o v id es  an   id ea   o v er   th a m o u n o f   ad d itio n al  c h ip   ar ea   n ee d ed   t o   i m p le m en t t h d esi g n .   T h p er ce n tag o v er h ea d   is   ca lc u lated   u s i n g   t h f o llo w in g   r elatio n;     %     =  .         .                    × 100       T ab le  3 .   C o m p ar is o n   S u m m ar y   M e t ho do lo g y     F a ult  Co v er a g e   Are a     O v er hea d   P r o p o s ed   Self   h ea li n g   A r c h ite ctu r e   1 0 0 f o r   b o th   s in g le  a s   w ell  a s   m u ltip le  b it f a u lt s   8 4 . 2 1 %   T r i p le  Mo d u lar   R ed u n d an c y   T o le r ates o n l y   s i n g le  b it f a u lt s   3 6 8 . 4 2 %         T h p r o p o s ed   s elf   h ea li n g   ar ch itect u r en j o y s   clea r   ed g e   o v er   T MR  d u to   t h f ac t h at   th T MR   d o es  n o y ield   co s ef f ec ti v s o lu tio n .   Fu r t h er m o r e,   th T MR  d o es  n o g u ar an tee  f au lt  f r e o u tp u b ec au s i f   t w o   o r   all  t h t h r ee   o f   t h i n p u ts   to   t h v o ter   t u r n   o u to   b f au lt y ,   it   p er m its   th f a u lt y   s i g n al  to   p r o ce ed   f u r t h er   in   t h s y s te m .   T h o th er   im p o r tan i s s u co n ce r n i n g   T MR  r elate s   to   th ar ea   o v er h ea d   w h ic h   g o es  as   h ig h   a s   3 6 8 . 4 2 s in ce   i r eq u i r es  t w o   id en tica co p ies  o f   th e   C UT   an d   th e   v o ter   alo n g   w it h   t h o r ig i n al  C UT .   On   th o t h er   h a n d ,   th p r o p o s ed   s ch e m r eq u ir e s   o n l y   a s   m an y   XO R   g a tes  an d   NOT   g ate s   as  th n u m b er   o f   in ter m ed iate  lin es  o f   t h C U T   w h ic h   in   t u r n   r es u lts   i n   s ig n if ican t l y   lo w   ar ea   o v er h e ad   o f   8 4 . 2 1 an d   p r o v id es h u n d r ed   p er   ce n t f au l t c o v er ag ag ai n s t si n g le   as  well  as  m u ltip le  b it e r r o r s .         4 .       CO NCLUS I O N   b lack   b o x   m o d el  b a s ed   s el f   h ea li n g   s c h e m h as  b ee n   f o r m u la ted   to   d etec a n d   co r r ec s t u ck   at   f au lts   o cc u r r in g   at  th i n ter co n n ec le v el s   o f   m u lti  le v el   co m b in at io n al  cir cu i ts .   T h m er i ts   o f   s i m u lated   f au lt   in j ec tio n   p r o ce d u r h a v b ee n   u til ized   to   attai n   v er y   h i g h   d eg r ee   o f   co n tr o llab ilit y   a n d   o b s er v ab ilit y   in   th e   p r o ce s s   o f   g en er ati n g   f a u lts .   T h s e n s o f   r eliab ilit y   i n   t h s y s te m   p er f o r m an ce   h a s   b ee n   e n s u r ed   th r o u g h   t h e   s elf   h ea li n g   ab ilit y   o f   t h p r o p o s ed   m et h o d o lo g y .   T h Mo d elsi m   b ased   s i m u latio n   r es u l ts   o b tain ed   f o r   th e   ch o s en   co m b i n atio n al  cir cu i t   i m p le m e n ted   u s i n g   R OM   ad d   s tr en g t h   to   th s i m p lici t y   a n d   v er ac it y   o f   th e   p r o p o s ed   ap p r o ac h .     T h VHD L   co d d ev elo p ed   f o r   th p r o p o s ed   s el f   h ea li n g   ar ch itect u r h a s   b ee n   v alid ate d   th r o u g h   XC 3 S5 0 0 E   FP GA   u s in g   Xi li n x   Fo u n d atio n   s er ie s   I SE  9 . 2 w i th   v ie w   to   ex h ib it  it s   s u itab ilit y   f o r   u s i n   p r ac tice.   T h co m p ar ativ a n al y s i s   m ad w ith   th tr ad itio n al  T MR  b ased   h ea lin g   ap p r o ac h   b r o u g h o u th u lti m ate  b en e f it s   o f   th s c h e m to   th li g h a s   it  co m p r eh en s i v el y   o v er p o w er s   th T MR  in   ter m s   o f   f au lt   co v er ag an d   ar ea   o v er h ea d .         RE F E R E NC E S   [1 ]   KSh irsa g a R. V ,   P a tr ik a R. M .   A   Ne De sig n   Ap p ro a c h   f o T o ler a ti n g   I n ter c o n n e c F a u lt in   Dig i ta Circ u it s .   P r o c e e d in g s o f   S P IT - IEE c o l lo q u iu m   a n d   I n tern a ti o n a c o n f e re n c e ,   In d ia.   2 0 0 7 2 1 1 7 - 1 2 0 .   [2 ]   KSh irsa g a R. V ,   P a tri k a R. M .   No v e Fa u lt   T o ler a n De sig n   a n d   a n   Al g o ri th fo t o ler a ti n g   F a u lt in   Dig it a l   Circ u it s.   3 rd   In tern a ti o n a De sig n   a n d   T e st W o rk sh o p ,   T u n isia,   De c e m b e 2 0 0 8 .     [3 ]   Cristi a n   Co n sta n ti n e sc u .   In ter mitt e n Fa u lt in   VL S Circ u it s.   2 n W o rk sh o p   o n   S i li c o n   Err o rs  in   L o g ic  -   S y ste m   Eff e c ts  (S EL S E2 ),   A p ril   2 0 0 6 .   [4 ]   Cristi a n   Co n sta n ti n e sc u .   Im p a c o In ter mitt e n F a u lt o n   Na n o c o mp u ti n g   De v ice s .   W DSN - 0 7 ,   Ed in b u rg h ,   UK ,   Ju n e   2 0 0 7 .   [5 ]   G ra c ia  J,  S a iz  L . J,  Ba ra z a   J.C,   G il   D,  G il   P . J.   An a lys is  o th e   In fl u e n c e   o I n ter mitt e n t   Fa u lt i n   a   M icr o c o n tro ll e r .   1 1 th   IEE In tern a ti o n a W o rk sh o p   o n   De sig n   a n d   Dia g n o stics   o El e c tro n ic  Circu it a n d   S y st e m s,  A p ril   2 0 0 8 8 0 - 8 5 .   [6 ]   S a iz  L . J,  G r a c ia  J,  B a ra z a   J.C,   G i D,  G il   P . J.  Ap p lyi n g   F a u l In jec ti o n   t o   stu d y   th e   Ef fec ts  o In ter mitt e n Fa u lt s .   7 th   Eu ro p e a n   De p e n d a b le Co m p u t in g   Co n f e re n c e ,   Ka u n a s.  M a y   2 0 0 8 6 7 - 6 9 .   [7 ]                 P a ra g   K.  L a la.  S e lf - Ch e c k in g   a n d   F a u l T o ler a n Dig i ta De sig n .   M o rg a n   Ka u f m a n n   P u b l ish e rs.  2 0 0 1 .   [8 ]   L a la  P . K.,   Ki ra n   Ku m a B,   P a rk e rso n   J. P .   On   S e lf - He a li n g   Dig it a S y ste m   D e sig n .   M icr o e lec tro n ics   J o u r n a l 2 0 0 6 3 7 ( 4 ):  3 5 3 - 3 6 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   5 Octo b er   201 7   :   2 4 5 1     24 58   2458   [9 ]   M a rw a   B e n   Ha m m o u d a ,   M o h a m e d   Na jeh   L a k h o u a ,   L il ia  El   Am ra o u i.   De p e n d a b il it y   Ev a lu a ti o n   a n d   S u p e rv isio n   in   T h e r m a P o w e P lan ts.   In ter n a ti o n a J o u rn a o El e c trica a n d   Co mp u ter   En g i n e e rin g   ( IJ ECE ) 2 0 1 5 5 ( 5 ):     905 - 9 1 7 .     [1 0 ]   Ha m id   Ba g h e ri1 ,   M o h a m m a d   A li   T o rk a m a n i,   Zh a leh   G h a ff a r i.   A rc h it e c tu ra A p p ro a c h e f o S e lf - He a li n g   S y st e m s   Ba se d   o n   M u lt Ag e n T e c h n o lo g ies .   In ter n a ti o n a J o u r n a o El e c trica a n d   Co mp u ter   En g i n e e rin g   ( IJ ECE ).   2 0 1 3 3 (6 ):    7 7 9 - 7 8 3 .   [1 1 ]   Ba ra z a   J.C,   G ra c ia  J,  G il   D,  Gil  P . J.  A   p ro t o ty p e   o f   a   V HD L - b a se d   f a u lt   in jec ti o n   t o o l:   De sc rip ti o n   a n d   A p p li c a ti o n .   J o u rn a o S y ste ms   Arc h it e c tu re .   2 0 0 2 4 7 (1 0 ):  8 4 7 8 6 7 .   [1 2 ]   G il   D,  G r a c ia  J,  Ba ra z a   J.C,   Gil  P . J.   S tu d y ,   Co m p a riso n   a n d   A p p li c a ti o n   o f   d if fe re n V HD L - Ba se d   F a u lt   In j e c ti o n   T e c h n iq u e f o th e   Ex p e rim e n tal  V a li d a ti o n   o f   a   F a u l t - T o lera n S y ste m .   M icr o e le c tro n ics   J o u r n a l .   2 0 0 3 3 4 ( 1 ):  4 1 - 5 1 .   [1 3 ]   Jo n g w h o a   Na ,   Lee   D. W .   S i m u late d   F a u lt   In jec ti o n   u si n g   S im u lato M o d if ica ti o n   T e c h n iq u e .   ET RI  J o u rn a l .   2 0 1 1 ;   3 3 ( 1 ):  5 0 - 5 9 .     [1 4 ]   L e e   D. W ,   Na   J. W .   No v e S im u l a ti o n   F a u lt   I n jec ti o n   M e th o d   f o r   De p e n d a b il it y   A n a l y sis.  IEE De sig n   &   Tes t   Co m p u ters .   2 0 0 9 ;   2 6 (6 ):   5 0 - 6 1 .   [1 5 ]   G o ra n   L j.   Djo rd jev e c ,   M il e   K.  S to jce v ,   Tatjan a   R.   S tan k o v ic.  A p p ro a c h   to   P a rti a ll y   S e lf - Ch e c k in g   Co m b in a ti o n a C ircu it s De sig n .   Mi c ro e lec tro n ics   J o u rn a l .   2 0 0 4 3 5 ( 1 2 ):    9 4 5 - 9 5 2 .   [1 6 ]   S to jce v   M . K,  Djo rd jev ic G . L j,   S tan k o v ic  T . R.   I m p le m e n tatio n   o f   s e lf -   c h e c k in g   t w o - le v e c o m b in a ti o n a lo g ic o n   F P GA   a n d   C P L D circ u it s.  Jo u rn a o f   M icro e lec tro n ics   Re li a b il it y .   2 0 0 4 4 4 ( 1 ):  1 7 3 - 1 7 8 .   [1 7 ]   T a tj a n a   R.   S tan k o v ic,  M il e   K.  S t o jce v ,   G o ra n   L j.   Djo rd jev ic.  On   V HD L   S y n th e sis  O f   S e l Ch e c k i n g   Tw o   Lev e l   Co m b in a ti o n a C ircu it s.  El e c trica En e rg y .   2 0 0 4 ;   1 7 6 9 - 79.   [1 8 ]   De b a n jan   G h o sh ,   Ra S h a rm a n ,   H.  Ra g h a v   Ra o ,   S h a m b h u   U p a d h y a y a .   S e lf - h e a li n g   s y ste m   S u rv e y   a n d   S y n th e sis.  De c isio n   S u p p o rt  S y st e m s.  2 0 0 6   4 2 ( 4 ):  2 1 6 4 - 2 1 8 5 .   [1 9 ]   L a la  P . K,  B.   Kira n   K u m a r.   A n   A rc h it e c tu re   f o S e lf - H e a li n g   Dig it a S y ste m s.  J o u rn a l   o f   El e c tr o n ic  T e stin g T h e o ry   a n d   Ap p li c a t io n s,  Klu we Aca d e mic   Pu b li sh e rs .   2 0 0 3 ;   1 9 5 2 3 - 5 3 5 .     [2 0 ]     S trak a   M ,   Ka stil   J,  Ko tas e k   Z.   M o d e rn   fa u lt   to ler a n a rc h it e c tu r e b a se d   o n   p a rti a d y n a mic   re c o n fi g u ra ti o n   i n   fp g a s .     1 3 th   IEE In ter n a ti o n a S y m p o siu m   o n   De sig n   a n d   Dia g n o stics   o f   El e c tro n ic  Circu it a n d   S y ste m s,  IEE E   Co m p u ter S o c iety ,   USA .   2 0 1 0 ;   3 3 6 3 4 1 .   [2 1 ]   T ra n   D.  A ,   V iraz e A ,   Bo sio   A,  Dili ll o   L ,   G irard   P ,   P ra v o ss o u d o v it c h   S ,   W u n d e rli c h   H. - J.  Hy b rid   Fa u lt   T o ler a n Arc h it e c tu re   fo Ro b u st n e ss   Imp ro v e me n o Dig it a Circ u it s .   P ro c e e d in g o f   th e   2 0 th   IEE A sia n   T e st   S y m p o siu m   ( AT S 1 1 ).   2 0 1 1 1 3 6 - 1 4 1 .   [2 2 ]   T ra n   D.  A . ,   V iraz e l   A ,   Bo sio   A ,   Dili ll o   L ,   G irard   P ,   P ra v o ss o u d o v it c h   S ,   W u n d e rli c h   H. - J.  A   Ne w   H y b rid   F a u lt - T o lera n A rc h it e c tu re   f o Dig it a CM OS  Circu it a n d   S y ste m s.   J o u rn a o El e c tro n ic  T e stin g :   T h e o ry   a n d   Ap p li c a ti o n s ( J ET T A) .   2 0 1 4 ;   d o i:   1 0 . 1 0 0 7 /s 1 0 8 3 6 - 0 1 4 - 5 4 5 9 - 3.       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       S .   M e y y a p p a n   h a b e e n   a   f a c u lt y   m e m b e in   En g in e e rin g   Ed u c a ti o n   f o t h e   p a st  1 3   y e a rs  a n d   is  c u rre n tl y   w o rk in g   in   th e   c a p a c it y   o f   A s sista n P r o f e ss o in   th e   De p a rtm e n o f   El e c tro n ics   a n d   In str u m e n tatio n   En g in e e rin g ,   A n n a m a lai   Un iv e rsity ,   In d ia.  His  re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   F a u lt   T o lera n Dig it a S y st e m s,  E m b e d d e d   C o n tr o a n d   P r o c e ss   A u to m a ti o n .     V .   A la m e lu m a n g a i   is  p re se n tl y   h o l d in g   th e   p o st  o f   P ro f e ss o in   th e   De p a rt m e n o El e c tro n ics   a n d   In str u m e n tatio n   En g in e e rin g ,   A n n a m a lai   Un iv e rsit y ,   In d ia.  He tea c h in g   e x p e rien c e   sp a n o v e r   2 0   y e a rs.  He r   a re a o f   sp e c ializa ti o n   a re   Dig it a S y ste m   De sig n ,   P r o c e ss   Co n tr o a n d   I n d u strial  In stru m e n tatio n .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.