专利名称：一种基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可在线检测数据传输过程中错误的电路，尤其涉及一种基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测电路，同时具有自纠正功能。
背景技术：
在数据传输的过程中，由于受到传输系统本身的器件稳定性和外界环境因素的影响，在数据传输的过程中会出现传输错误。传统的数据传输错误检测与纠正电路都是不可逆的，在进行不可逆计算过程中会伴随着信息位的丢失，导致电路的能耗较大。
Landauer指出，传统的数字电路中常用的与门、异或门等这些不可逆的门构造的电路在运行过程中，不可避免的会产生能量的损耗。每一位信息的丢失对应KT*Ln2焦耳的热量产生，其中K是波尔兹曼常量，T是绝对温度，在室温下，虽然能量的散失很少，但是在计算过程中消耗的总能量同信息位丢失的数目成正比的，在大规模集成电路中，带来的能耗损失直接会导致功耗急剧增加，同时产生的大量的热量也会使系统变得更不稳定。 Bennett证明了如果计算是以可逆的方式进行，就不会产生KT*Ln2的能量消耗。但是只有当系统由可逆门构成时，才能够实现可逆计算。
Deutsch证明了量子逻辑门均为通用逻辑门，而量子逻辑门具备可逆操作的特性， 满足可逆计算的要求，其通过级联的方式可以综合设计量子逻辑电路，量子逻辑电路由于其特殊的结构性，不存在信息位的丢失和电能与热能的转换，从而从根本上解决了传统不可逆逻辑电路的热耗问题。发明内容
技术问题
本发明要解决技术问题是提供一种在信号传输过程中能够进行检测以及自纠正的量子可逆逻辑电路，其在提高电路的容错能力的同时，可大大降低电路的功耗。
技术方案
为了解决上述的技术问题，本发明的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路由数据发送电路、错误检测电路和错误纠正电路组成；其中，所述的数据发送电路由信号复制电路和汉明校验码生成电路组成，所述的错误检测电路由信号接收电路和错误检测因子生成电路组成，所述的错误纠正电路由一个可逆3-8译码器和信号修正电路组成；信号复制电路的第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端分别与信号接收电路的第一输入端、第二输入端、第三输入端和第四输入端连接；信号复制电路的第五输出端、第六输出端、第七输出端、第八输出端和第九输出端分别与汉明校验码生成电路的第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和第五输入端连接；信号接收电路的第一输出端、第三输出端和第五输出端分别与信号修正电路的第一输入端、第三输入端和第五输入端连接；信号接收电路的第二输出端、第四输出端和第六输出端分别与错误检测因子生成电路的第一输入端、第二输入端和第三输入端连接；汉明校验码生成电路的第一输出端、第二输出端和第三输出端与错误检测因子生成电路的第四输入端、第五输入端和第六输入端连接；汉明校验码生成电路的第四输出端的输出信号作为信号复制电路的一个输入信号；错误检测因子生成电路的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别与可逆3-8译码器的第一输入端、第二输入端和第三输入端连接；可逆3-8译码器的第一输出端、第二输出端、第三输出端和第五输出端分别与信号修正电路的第二输入端、第四输入端、第六输入端和第八输入端连接；信号修正电路输出最终信号。
更进一步地，所述的数据发送电路中，信号复制电路由至少两个F2G门级联组成， 用于完成信号的传输。
所述的数据发送电路中，汉明校验码生成电路是由两个相互独立的F2G门构成。
所述的错误检测电路中，信号接收电路由若干个F2G门级联构成。
所述的错误检测电路中，所述的错误检测因子生成电路由若干个独立的F2G门构成。
所述的错误纠正电路中，可逆3-8译码器由7个FRG门级联组成，所述的可逆3_8 译码器的输入信号由错误检测因子电路提供。
所述的错误纠正电路中，信号修正电路由四个独立的F2G门构成，信号修正电路输入端与可逆3-8译码器的输出端连接。
本发明的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路中，信号复制电路完成对输入信号的复制和传输，汉明校验码生成电路利用其中一组复制数据生成所需的三个汉明校验码信号。这三个信号将作为错误检测因子生成电路中三个独立F2G门的第二比特的输入。而在错误检测电路部分，首先由信号接收电路会对接收的信号进行两种处理，一种是对接收的信号进行复制后输出到信号修正电路中，另一种则是对接收到的四位信号进行特定的异或处理，将得到的三个信号作为错误检测因子生成电路的三个独立F2G门的第一比特的输入，同时这三个F2G门的第三比特输入设置为常量0。通过F2G门，将从接收的信号所获取的汉明校验码与数据发送电路生成的汉明校验码进行异或处理，得到三个错误检测因子。这三个错误检测因子则作为可逆3-8译码器的三个有效输入，可逆3-8译码器其余所有的输入比特设置为常数0。通过3-8译码器对错误检测因子进行译码，确定出错点的位置，最后通过信号修正电路对电路接收到的错误信号进行取反操作，将错误信号恢复为正确信号。
有益效果
本发明的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路中进行了基于可逆逻辑门的可逆设计，在错误检测和自纠正的过程中符合实时性的要求，而且利用可逆逻辑门进行可逆计算避免了由于不可逆计算导致信息位的擦除，降低了能耗，减少了应用此类传输检测和自纠正电路的数字电路或数字系统的能耗。
图1是F2G门示意图2是FRG门示意图3(a)为数据复制电路示意图，(b)为汉明校验码生成电路示意图4为信号接收电路示意图5为错误检测因子生成电路示意图6为可逆3-8译码器示意图7为信号修正电路示意图8为本发明一个实施例的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路示意图。
具体实施方式
如图8所示，本实施例的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路由数据发送电路、错误检测电路和错误纠正电路组成。所述的数据发送电路由信号复制电路和汉明校验码生成电路组成，所述的错误检测电路由信号接收电路和错误检测因子生成电路组成，所述的错误纠正电路由一个可逆3-8译码器和信号修正电路组成；信号复制电路的第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端分别与信号接收电路的第一输入端、 第二输入端、第三输入端和第四输入端连接；信号复制电路的第五输出端、第六输出端、第七输出端、第八输出端和第九输出端分别与汉明校验码生成电路的第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和第五输入端连接；信号接收电路的第一输出端、第三输出端和第五输出端分别与信号修正电路的第一输入端、第三输入端和第五输入端连接；信号接收电路的第二输出端、第四输出端和第六输出端分别与错误检测因子生成电路的第一输入端、第二输入端和第三输入端连接；汉明校验码生成电路的第一输出端、第二输出端和第三输出端与错误检测因子生成电路的第四输入端、第五输入端和第六输入端连接；汉明校验码生成电路的第四输出端的输出信号作为信号复制电路的一个输入信号；错误检测因子生成电路的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别与可逆3-8译码器的第一输入端、第二输入端和第三输入端连接；可逆3-8译码器的第一输出端、第二输出端、第三输出端和第五输出端分别与信号修正电路的第二输入端、第四输入端、第六输入端和第八输入端连接； 信号修正电路输出最终信号。
以下结合附图具体说明各电路组成部分的构建。
如图3所示，完整的数据发送电路包括信号复制电路(如图3(a)所示)和汉明校验码生成电路(如图3(b)所示)。本实施例中，数据发送电路主要由6个F2G门(如图1 所示)构成，其中四个F2G门构成信号复制电路，对输入信号进行复制并将复制后的一组信号用作为下一级错误检测电路的输入信号。而剩余的两个F2G门则是汉明校验码的生成电路。对于四位传输数据&1、a2、a3、&，根据汉明校验码的构造要求，三个汉明校验码的分别为巧=% … 、r2 = , 2 4、r3 = , , 3。在汉明校验码生成电路中，第一个F2G门的输入比特分别对应为巧 2>a3和a4，第二个F2G门的输入比特分别对应为A @ 3>a4和常量 O0
本实施例的错误检测电路由数据发送电路(如图4所示)和错误检测因子生成电路(如图5所示)构成。四位输入信经过数据发送电路传输后得到的新的四位信号13力2133134 (若信号传输未出现问题，则bib2b3b4 = aia2a3a4,否则不等)作为信号接收电路的输入。通过信号接收电路对接收到的信号首先进行复制处理，将复制得到得一组数据传输到下一级的信号修正电路中，另一组信号进行异或处理的得到 bx b3 b4, bx b2 b4,、Θ氏Θ~，继而将得到的三个信号作为错误检测因子生成电路中三个独立的F2G门的第一比特。这三个F2G门的第二比特输入为前述数据发送电路所产生的三个汉明校验码输出比特。所有三个F2G门的第三比特设置为常量0。通过错误检测因子产生电路得到三个错误检测因子输出信号A Θ、，\ =r2 Θ、Θ^ 和& = r3十夂十、十\。
如图7所示，本实施例的错误纠正电路由一个可逆的3-8译码器和信号修正电路构成，其中信号修正电路由相互独立的四个F2G门构成，每个门对应接收到的一位信号。而可逆3-8译码器则由七个FRG门(如图2所示)构成，其结构如图6所示；如图7所示，信号修正电路由四个独立的F2G门构成，每一个输入信号对应一个F2G门。错误检测因子生成电路得到的三个错误检测因子信号Sl、S2, S3作为可逆3-8译码器的三个有效输入位，其他输入位设置为常数0。通过可逆3-8译码器对接收到的错误检测因子进行译码，得到信号出错位置，通过对应的信号修正电路，将接收的错误信号进行取反，完成错误的纠正。
本实施例的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路利用了汉明码技术实现了对数据传输错误的检测和自纠正。汉明码技术是通过在原编码的基础上额外添加新的附加码，使编码的每个数据位代表不同的数据信息，任意位的异常变化都会使原始信息改变，以此来完成对错误的检测。如果输入的数据为^ ,根据汉明校验码生成方式，利用F2G门实现/1 =ai@a3 a4 >r2 =αι@α2 α4、r3 = , , 3。相应的完整的汉明码变为Slivi3Iw2Iv当信号继续传输到错误检测电路时，这时的输入信号设定为bib2b3b4，只有信号传输没有出现问题，才会有bib2b3b4 = aia2a3ii4。若假设此时信号出现问题，两组变量不相等，通过信号接收电路，产生三个信号，b 4，、Θ^Θ 作为错误检测因子生成电路中三个独立F2G门的第一比特的输入，而汉明校验码生成电路产生的 T1, T2以及r3则作为错误检测因子生成电路的第二比特输入。第三比特输入全部设定为常量0。通过F2G门输出的错误检测因子分别为Α^ΘΑΘΖ^Θ、而=Γ2Θ、Θ氏十 和 、=G十、十氏十\。因为bib2b3b4乒^ ,所以此时Sl、s2, S3会出现具体的数值0或 1，通过将错误检测因子按照^S2S1排列作为可逆3-8译码器的输入，继而通过译码得到具体出现错误的信号位置，最后通过信号修正电路，对出现错误的信号进行取反操作，将错误信号还原为正确信号，最终完成信号传输检测和修正。
以4位传输数据^ = 1101为例，根据校验码的计算表达式得到rir2r3 = 010， 进而得到数据的传输形式为^ !^ !^!^ = 1100110，假设在数据传输过程中 由1变为 0，则接收端的数据形式变为1100010，通过数据接收端得到检测因子= 011，即指示右侧第3个位置，从数据传输形式可以看出，右侧第三个位置对应为 ，所以错误已经被检测出来。通过可逆3-8译码器确定出错处，继而利用对应的信号修正电路中的F2G门进行信号的取反操作，使输出端的&由0变为1。通过本电路，对于数据传输过程中出现的错误， 能够进行准确的检测，并经过纠正后得到了正确的数据。
权利要求
1.一种基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路，其特征在于，包括数据发送电路、错误检测电路和错误纠正电路，待处理输入信号依次经过所述的数据发送电路、 错误检测电路和错误纠正电路处理得到修正信号。
2.如权利要求1所述的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路，其特征在于，所述的数据发送电路由信号复制电路和汉明校验码生成电路组成，所述的错误检测电路由信号接收电路和错误检测因子生成电路组成，所述的错误纠正电路由一个可逆3-8 译码器和信号修正电路组成；信号复制电路的第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端分别与信号接收电路的第一输入端、第二输入端、第三输入端和第四输入端连接； 信号复制电路的第五输出端、第六输出端、第七输出端、第八输出端和第九输出端分别与汉明校验码生成电路的第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和第五输入端连接；信号接收电路的第一输出端、第三输出端和第五输出端分别与信号修正电路的第一输入端、第三输入端和第五输入端连接；信号接收电路的第二输出端、第四输出端和第六输出端分别与错误检测因子生成电路的第一输入端、第二输入端和第三输入端连接；汉明校验码生成电路的第一输出端、第二输出端和第三输出端与错误检测因子生成电路的第四输入端、第五输入端和第六输入端连接；汉明校验码生成电路的第四输出端的输出信号作为信号复制电路的一个输入信号；错误检测因子生成电路的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别与可逆3-8译码器的第一输入端、第二输入端和第三输入端连接；可逆3-8译码器的第一输出端、第二输出端、第三输出端和第五输出端分别与信号修正电路的第二输入端、 第四输入端、第六输入端和第八输入端连接；信号修正电路输出最终信号。
3.如权利要求2所述的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路，其特征在于，所述的数据发送电路中，信号复制电路由至少两个F2G门级联组 成。
4.如权利要求2所述的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路，其特征在于，所述的数据发送电路中，汉明校验码生成电路是由两个相互独立的F2G门构成。
5.如权利要求2所述的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路，其特征在于，所述的错误检测电路中，信号接收电路由至少两个F2G门级联构成。
6.如权利要求2所述的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路，其特征在于，所述的错误检测电路中，所述的错误检测因子生成电路由至少两个独立的F2G门构成。
7.如权利要求2所述的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路，其特征在于，所述的错误纠正电路中，可逆3-8译码器由7个FRG门级联组成，所述的可逆3-8译码器的输入信号由错误检测因子电路提供。
8.如权利要求2所述的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路，其特征在于，所述的错误纠正电路中，信号修正电路由四个独立的F2G门构成，信号修正电路输入端与可逆3-8译码器的输出端连接。
全文摘要
本发明公开了一种基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路，其特征在于，包括数据发送电路、错误检测电路和错误纠正电路，待处理输入信号依次经过所述的数据发送电路、错误检测电路和错误纠正电路处理得到修正信号。本发明的基于可逆逻辑的数据传输错误在线检测与自纠正电路中进行了基于可逆逻辑门的可逆设计，在错误检测和自纠正的过程中符合实时性的要求，而且利用可逆逻辑门进行可逆计算避免了由于不可逆计算导致信息位的擦除，降低了能耗，减少了应用此类传输检测和自纠正电路的数字电路或数字系统的能耗。
文档编号H03M13/05GK102523004SQ20111041139
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者周影辉, 张培喜, 王友仁 申请人:南京航空航天大学