Типовая структура для синтеза схем встроенного контроля по двум диагностическим параметрам с предварительным сжатием сигналов
Разработка типовой структуры организации схем встроенного контроля, основанной на контроле вычислений по двум диагностическим параметрам и применении схемы предварительного сжатия сигналов от объекта диагностирования. Комбинации модуля сжатия сигналов.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.03.2023 |
| Размер файла | 287,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Типовая структура для синтеза схем встроенного контроля по двум диагностическим параметрам с предварительным сжатием сигналов
Д.В. Ефанов, д-р техн. наук
Предложена типовая структура организации схем встроенного контроля, основанная на контроле вычислений по двум диагностическим параметрам и применении схемы предварительного сжатия сигналов от объекта диагностирования. В качестве первого диагностического параметра выступает принадлежность формируемых в схеме встроенного контроля кодовых векторов множеству рабочих комбинаций модуля сжатия парафазных сигналов. В качестве второго диагностического параметра используется свойство самодвойственности реализуемых функций. Схему сжатия предложено строить в виде кодера известного кода с суммированием взвешенных переходов между парами функций объекта диагностирования. Применение такой схемы сжатия позволяет преобразовывать пять выходов объекта диагностирования в четыре, наблюдаемых в схеме встроенного контроля выхода практически без потерь в обнаруживающей способности схемы встроенного контроля. Потери возможны только в том случае, если допускаются одновременные искажения всех пяти сжимаемых функций. Структура организации схемы встроенного контроля на основе двух диагностических параметров и схемы предварительного сжатия на основе кода с суммированием взвешенных переходов содержит стандартные модули и модули, получаемые стандартными методами оптимизации. Предложенная структура может быть использована на практике при синтезе схем встроенного контроля устройств автоматики и вычислительной техники на современной элементной базе.
Ключевые слова: самопроверяемые цифровые устройства, схема встроенного контроля, контроль вычислений, кодовые методы синтеза схем встроенного контроля, модуль сжатия парафазных сигналов, контроль самодвойственности функций.
Введение
При построении цифровых вычислительных устройств и систем недостаточно обеспечивать выполнение закладываемых в них алгоритмов функционирования, важно обеспечивать также удобство поиска возникающих неисправностей и парирования их проявлений. Именно поэтому при разработке цифровых устройств и систем требуется наделение их структур свойствами контролепригодности, самопроверяемости и отказоустойчивости [1 - 4]. Особенно важно это для систем критического применения, для которых цена ошибки в вычислениях может быть связана с нарушением ответственного технологического процесса, приводить к крупным экономическим и экологическим ущербам, а также к человеческим жертвам.
При синтезе самопроверяемых структур часто применяются схемы встроенного контроля (СВК) [5, 6]. Такие схемы зачастую реализуются путем внесения модульной избыточности и использования метода дублирования с последующей проверкой вычислений каждым из устройств, что требует внесения существенной структурной избыточности в конечное устройство. Для ее уменьшения применяют методы синтеза СВК, основанные на контроле определенных диагностических параметров. К таковым, например, принадлежат кодовые методы, подразумевающие при синтезе СВК организацию контроля вычислений по признаку принадлежности формируемых функций к кодовому слову заранее выбранного избыточного кода [7, 8]. Кодовые методы зачастую позволяют синтезировать более простые, чем при использовании метода дублирования, структуры самопроверяемых устройств [9 - 11]. Однако классы фиксируемых неисправностей при их применении часто ограниченны. Альтернативой кодовым методам при синтезе СВК является контроль вычислений по параметру принадлежности каждой из формируемых функций к определенному классу функций алгебры логики, - например, самодвойственным функциям [12]. Данный подход также имеет свои преимущества и недостатки [13 - 20].
Как правило, чаще всего применяют контроль вычислений именно по одному диагностическому параметру. В [21 - 23] предложено комбинировать диагностические параметры при организации СВК и контролировать вычисления как по кодовым методам, так и по принадлежности формируемых функций классу самодвойственных функций алгебры логики. Показываются преимущества организации такого вида контроля перед известными методами на примере использования равновесных кодов «2 из 4» и самодвойственной реализации структуры самопроверяемого устройства. Недостатком же является увеличение структурной избыточности за счет введения дополнительных тестеров самодвойствености и компаратора. В [24] предложено уменьшать структурную избыточность СВК за счет применения схемы предварительного сжатия сигналов от объекта диагностирования, основанной на попарном сжатии сигналов и формировании для каждой пары одного контролируемого сигнала. Сжатие сигналов приводит к уменьшению обнаруживающей способности СВК.
Постановка задачи. В данной работе поставлена задача организации СВК таким образом, чтобы при использовании схемы предварительного сжатия сигналов обнаруживающая способность уменьшалась незначительно (или вовсе не уменьшалась). Решение найдено за счет применения специального кода с суммированием взвешенных переходов, впервые описанного в [25] и модифицированного в [26]. Более того, получаемая структура организации СВК на основе данного кода является типовой и содержит в себе только стандартные модули и устройства, получаемые стандартными методами оптимизации структур.
Типовая структура с контролем правильности вычислений по двум диагностическим параметрам
На рис. 1 приведена структура организации СВК по двум диагностическим параметрам, включающая следующий ряд функциональных блоков: схему сжатия (СС) сигналов от объекта диагностирования F(x), блок логического дополнения G(x), модуль преобразования функций, каскад тестеров, самопроверяемый компаратор 5TRC1.
Схема сжатия сигналов предназначена для уменьшения числа наблюдаемых выходов и в данном случае осуществляет специальное преобразование значений выходных функцийf1, f2, f3, f4 и f в значения функций фІ5 ф2, фз, ф4. Далее значения данных функций поступают в модуль преобразования функций. Он образован четырьмя двухвходовыми элементами сложения по модулю M = 2 (XOR). На первые входы каждого из элементов XOR поступают сигналы от соответствующих функциям ф1, ф2, ф3, ф4 выходов схемы сжатия, а на вторые - сигналы с выходов g1, g2, g3, g4 блока логического дополнения G(x). Значения функций gi, g2, g3, g4 на каждой входной комбинации подбираются таким образом, чтобы на выходах модуля преобразования функций h1, h2, h3, h4 формировались кодовые комбинации, являющиеся рабочими для модуля сжатия парафазных сигналов TRC (комбинации <0101>, <1010>, <0110> и <1001> [7]), а также, чтобы каждая из функций принадлежала к классу самодвойственных функций алгебры логики [27].
Рис. 1. Структура организации СВК по двум диагностическим параметрам.
Соответственно, формирующиеся комбинации <0101>, <1010>, <0110> и <1001> контролируются модулем TRC (two-rail checker, рис. 2), а принадлежность каждой из функций h1, h2, h3, h4 к классу самодвойственных - тестерами самодвойственных сигналов SSC (self-dual self-checking checker, рис. 3). Каждый из тестеров является самопроверяемым и снабжен двумя контрольными выходами, на которых формируется парафазный сигнал <01> или <10> при корректности всех вычислений в структуре СВК.
Рис. 2. Структура модуля TRC.
Рис. 3. Структура тестера самодвойственных сигналов.
Если же парафазность нарушается и формируется сигнал <00> или <11>, то это свидетельствует о наличии искажений в вычислениях одним из блоков СВК или объектом диагностирования F(x). В целях сокращения числа наблюдаемых сигналов контрольные выходы с каждого из тестеров объединяются на входах самопроверяемого компаратора 5TRC1. Он осуществляет сжатие пяти парафазных сигналов с тестеров в один парафазный выходной сигнал <z0 z1>. Компаратор реализуется также на стандартных модулях TRC, - например, так, как это показано на рис. 4.
Рис. 4. Схемная реализация компаратора сигналов 5TRC1.
Необходимо отметить, что существуют различные структуры модулей TRC и здесь приводится только одна из них [28]. Подробное описание работы тестера самодвойственности дается в [18].
Для преобразования функций ?І5 ?2, ?3, ?4 в функции h1, h2, h3, h4 используются именно элементы XOR (можно использовать двойственные им элементы XNOR с инверсией на выходе, реализующие функцию эквивалентности), так как применение данных элементов позволяет преобразовать входной сигнал из множества {0, 1} в выходной сигнал из множества {1, 0}. Для того, чтобы модуль преобразования функций был самопроверяемым, на входы каждого из элементов преобразования должны поступать хотя бы по одному разу тестовые комбинации из множества {00, 01, 10, 11} [29]. Это условие учитывается при синтезе СВК.
Преобразование четырех функций ф1, ф2, ф3, ф4 в функции h1, h2, h3, h4, являющиеся самодвойственными, возможно всегда [18]. Всегда возможно и наделение всех четырех функций h1, h2, h3, h4 свойством того, что они будут образовывать один из четырех векторов <0101>, <1010>, <0110> и <1001>, являющихся рабочими для модуля TRC, подача которых хотя бы по разу на его входы полностью проверяет его работу [7]. Это следует из особенностей самодвойственных функций: на ортогональных по всем переменным наборах они принимают противоположные значения, а также того факта, что для любой из рабочих комбинаций модуля TRC инвертирование каждой переменной позволяет получить рабочую комбинацию для данного модуля. Аналогичным свойством обладает, например, тестер равновесного кода «г из 2г» (например, кода «2 из 4» (2/4-кода) [21 - 24]).
Рассмотрим особенности схемы сжатия сигналов. В качестве данной схемы (в предложенной на рис. 1 структуре) используется кодер специального Т^кода, описанного в [26]. Применение схемы сжатия на основе данного кода предложено в [30]. Данный код является разделимым, т.е. в нем выделяются информационные и контрольные разряды. Информационные разряды сопоставлены рабочим функциям объекта диагностирования. Контрольные же разряды формируются схемой сжатия. Контрольные разряды Тт-кода получают следующим образом. Рассматривается информационный вектор <fm fm-1 … f2 f1>.Разряды информационного вектора разбиваются на пары, начиная с младшего: {ѓ1, ѓ2}, {ѓ2, ѓ3}, {ѓ3, ѓ4}, …, {ѓ m-1, ѓm}. Образуется k = m - 1 пара. Для каждой пары осуществляется сжатие сигналов путем суммирования их по модулю M = 2. Полученные значения заносятся последовательно в разряды контрольного вектора.
В рассматриваемой структуре m = 5, а k = 4. К примеру, для информационного вектора < ѓ5 ѓ4 ѓ3 ѓ2 ѓ1> = <11001> Т5-кода контрольный вектор имеет вид <g4 g3 g2 gi> = <0101>.
Особенностью Tm-кода является то, что он обнаруживает любые сочетания искажений в информационных разрядах, за исключением одновременного искажения всех m разрядов. Отмеченное свойство Т^кода эффективно использовать при синтезе СВК. При этом, если исключить возникновение искажений всех разрядов, можно добиться обнаружения любых проявлений неисправностей в объекте диагностирования на его выходах. Более того, структуры самопроверяемых и отказоустойчивых устройств, реализуемых на основе Т^кода, являются стандартными [26]. Они содержат только типовые элементы, за исключением блока G(x), структура которого получается путем известных методов оптимизации [31]. В этом смысле структура, представленная на рис. 1, также является стандартной.
Используя в качестве схемы сжатия кодер Т5-кода и выбирая выходы объекта диагностирования таким образом, чтобы были исключены одновременные их искажения, можно добиться «безболезненного» уменьшения числа контролируемых в СВК выходов. Несмотря на то, что уменьшение числа контролируемых выходов в структуре рис. 1 не столь существенное (на один выход), в ряде случаев удается добиться уменьшения сложности технической реализации самопроверяемого устройства по сравнению с дублированием. В [26] дается оценка на контрольных комбинационных схемах в среднем в 4 %, однако для отдельных схем эффект составляет 20-25 % (7 из 25 схем в табл. 3 рассматриваемого источника). Если структура рис. 1 строится для многовыходных схем, оценка будет еще лучше.
Методика синтеза самопроверяемого устройства
Рассмотрим процедуру синтеза СВК на примере устройства F(x), работа которого задается табл. 1.
Таблица 1
|
№ |
Х1 |
Х2 |
Хз |
Х4 |
f1 |
f2 |
f3 |
f4 |
f5 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
12 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
13 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
контроль диагностический сжатие сигнал
Задачей синтеза является получение значений функций блока логического дополнения G(x) с учетом ряда требований:
1. Функции h1, h2, h3, h4 должны являться самодвойственными.
2. Функции h1, h2, h3, h4 должны на каждой входной комбинации формировать один из четырех векторов <0101>, <1010>, <0110> и <1001>.
3. Должны формироваться хотя бы по разу тестовые комбинации для каждого элемента XOR в модуле преобразования функций - комбинации из множества {00, 01, 10, 11}.
Необходимо отметить, что схема сжатия также должна быть самопро- веряемой, для чего для каждого элемента XOR в ее структуре также должен формироваться проверяющий тест {00, 01, 10, 11}. Это, возможно, не всегда и связано со специальным выбором преобразуемых функций, который в настоящей работе не рассматривается (здесь мы показываем принцип синтеза структуры СВК на основе предлагаемой структуры). Однако поступление теста на каждый из элементов в схеме сжатия мы предварительно проверили - это как раз является первым шагом к синтезу самопроверяемой СВК.
Шаг 1. Проверка формирования полного теста на входах элементов схемы сжатия.
Для этого рассматриваются все четыре пары функций {f1, f2}, {f2, f3}, {f3, f4}, {f4, f5} и проверяется формирование хотя бы на четырех входных комбинациях проверяющих комбинаций из множества {00, 01, 10, 11}. Для рассматриваемого примера данное условие соблюдается. Если бы это условие не удовлетворялось, то потребовалось бы заменить выходы при преобразовании. Если бы любой из 5! = 120 вариантов не дал результата, то было бы невозможно реализовать полностью самопроверяемую схему сжатия и, как следствие, СВК. Для ее построения потребовался иной метод [10, 11].
Шаг 2. Формирование значений функций h1, h2, h3, h4.
Для выполнения данного шага требуется заполнить столбцы h1, h2, h3, h4 таким образом, чтобы в каждой строке присутствовали только комбинации <0101>, <1010>, <0110> или <1001>. При этом каждая из них должна быть сформирована хотя бы по одному разу. Так как сами функции h1, h2, h2, h4 должны быть самодвойственными, то достаточно заполнить только верхнюю или нижнюю половины таблицы, а вторую получить асимметричным отображением (противоположные относительно середины таблицы строки заполнить инвертированными значениями из уже доопределенной половины).
Существует ряд способов заполнения столбцов h1, h2, h3, h4.
Первый состоит в эвристическом их заполнении по методу, описанному в [32]. Анализируется каждая строка и заполняется с учетом тех значений, которые заполнены для предыдущих строк и с учетом наименее редкого появления единичных значений на не соседних входных комбинациях (под соседними подразумеваются входные комбинации с кодовым расстоянием, равным единице). В этом случае возможна оптимизация функций логического дополнения g1, g2, g3, g4.
Второй способ доопределения - это произвольное заполнение одной из половин комбинациями из пар комбинаций {<0101>, <0110>}, {<0101>, <1001>}, {<1010>, <0110>}, {<1010>, <1001>}. Если одну половину заполнить только комбинациями из каждого приведенного подмножества, то на второй половине таблицы будут сформированы оставшиеся две пары.
Третий способ состоит в доопределении одной из половин таблицы с учетом возможностей наиболее равномерного появления кодовых векторов <0101>, <1010>, <0110>, <1001>, что при эксплуатации потребует устройства подачи на его входы для полной проверки тестеров наименьшего количества входных комбинаций.
Существуют и другие способы заполнения столбцов. По-видимому, может быть установлена и функциональная связь между значениями функций hi, h2, Из, h4 и фі, ф2, фз, ф4.
При заполнении табл. 2 мы использовали первый способ.
Таблица 2
|
№ |
Х1 |
Х2 |
Хз |
Х4 |
/1 |
/2 |
/з |
/4 |
/5 |
ф1 |
ф2 |
фз |
ф4 |
м |
h2 |
Из |
На |
g1 |
g2 |
gз |
g4 |
XOR1 |
XOR2 |
XOR з |
XOR4 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
01 |
00 |
00 |
01 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
11 |
10 |
10 |
00 |
|
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
00 |
10 |
10 |
11 |
|
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
10 |
00 |
10 |
11 |
|
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
10 |
00 |
01 |
00 |
|
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
00 |
10 |
00 |
10 |
|
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
10 |
11 |
11 |
10 |
|
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
00 |
10 |
00 |
01 |
|
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
01 |
00 |
01 |
00 |
|
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
11 |
10 |
10 |
00 |
|
|
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
10 |
00 |
10 |
00 |
|
|
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
11 |
10 |
11 |
10 |
|
|
12 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
00 |
10 |
11 |
10 |
|
|
13 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
10 |
11 |
00 |
01 |
|
|
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
01 |
11 |
00 |
01 |
|
|
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
11 |
01 |
10 |
00 |
Шаг 3. Проверка формирования тестовых комбинаций для элементов в модуле преобразования функций.
На данном этапе проверяется возможность формирования тестовых комбинаций для элементов преобразования функций. Этот шаг является уже постпроверкой. В рассматриваемом случае формируются все необходимые для тестирования всех четырех элементов XOR в модуле преобразования функций комбинации. Если бы это условие не выполнялось, необходимо было бы вернуться на предыдущий шаг и произвести коррекцию значений при заполнении столбцов h1, h2, h3, h4. Особенности коррекции значений описаны в работе [33].
Следует отметить, что сам шаг может быть пропущен при условии формализации правил доопределения значений функций h1, h2, h3, h4 и включения в правила заполнения условий полной проверки тестеров, как это сделано в [34, 35].
Шаг 4. Получение выражений для функций логического дополнения gh g2, g3, g4.
Данный шаг позволяет получить логические выражения для функций g1, g2, g3, g4, вычисляемых блоком логического дополнения G(x). Используется оптимизация функций либо в отдельности, либо как системы функций алгебры логики [31]. Учитывая результаты работы [36], где описаны условия отсутствия маскировки ошибок на входах элементов преобразования, каждую из функций оптимизируем в отдельности. Число входных переменных небольшое, что позволяет использовать метод Карно. Оптимизация дает следующую систему функций, описывающих работу блока логического дополнения:
По полученным выражениям в выбранном элементном базисе синтезируется блок логического дополнения G(x).
Организация схем встроенного контроля для многовыходных устройств
При организации контроля вычислений многовыходными устройствами его выходы разбиваются на группы. Каждая группа содержит пять выходов (при этом один и тот же выход может присутствовать в разных группах). Группы выбирают таким образом, чтобы одновременно при поступлении какой-либо входной комбинации на них были невозможны пятикратные искажения. Для этого для всех элементов структуры объекта диагностирования, от которых ведут пути к пяти и более выходам, проверяется условие отсутствия одновременных искажений в группе [30]:
- выбранная пятерка выходов; yд - значение функции на выходе элемента Gg в структуре объекта диагностирования.
Если приведенное выше условие выполняется, то не существует входной комбинации, на которой искажаются сразу же все пять выходов выбранной группы.
Находятся все «пятерки» выходов, для которых выполняется данное условие. Осуществляется покрытие выходов минимальным количеством групп (обозначим их число через s). Для каждой из групп организуется своя подсхема встроенного контроля по базовой структуре рис. J. Контрольные выходы s подсхем объединяются на входах самопроверяемого компаратора sTRCl.
На рис. 5 приводится пример организации СВК для устройства F(x) с десятью выходами.
Следует отметить, что в структуре СВК для многовыходного устройства все элементы типовые, кроме блоков контрольной логики.
Рис. 5. Организация СВК устройства с десятью выходами.
Это позволяет каждый из них оптимизировать совместно и получать единый блок логического дополнения с уменьшенными показателями сложности технической реализации, что в итоге дает возможность снизить структурную избыточность конечного устройства.
Заключение
Описанная в настоящей работе структура организации СВК на основе двух диагностических параметров обладает рядом преимуществ перед другими структурами. Во-первых, в ней повышена обнаруживающая способность за счет применения двух диагностических параметров для контроля вычислений и специальной схемы сжатия по Т5-коду, обладающему возможностями обнаружения любых ошибок с кратностями d<5. Во-вторых, она полностью состоит из типовых блоков, что упрощает процедуру ее синтеза. В-третьих, для ряда устройств автоматики и вычислительной техники использование данной структуры позволяет снижать избыточность самопрове- ряемого устройства по сравнению с дублированием.
В настоящей статье мы не производили оценку обнаруживающей способности и структурной избыточности самопроверяемых устройств, реализованных по предлагаемому методу, опираясь на результаты, полученные в предыдущих работах. Например, в [21 - 24] нами показано, что использование двух диагностических параметров существенно повышает число обнаруживаемых ошибок на выходах комбинационных устройств по сравнению с использованием только одного диагностического параметра, при этом избыточность не превышает вносимой избыточности при использовании метода дублирования. При этом, однако, применялась другая схема сжатия, имеющая меньшее количество выходов. Использование же схемы сжатия по Т5- коду позволяет уменьшить число наблюдаемых выходов только на единицу, что сказывается на эффекте ее избыточности: базовая структура строится для группы из пяти выходов и содержит в себе блок логического дополнения с четырьмя выходами.
Это можно считать недостатком предлагаемой структуры. Наибольший эффект от ее применения достигается для многовыходных устройств: если схема строится для s групп выходов, то число наблюдаемых выходов уменьшается на величину, равную s. Тем не менее, в [26] показано, что в ряде случаев использование Тт-кода для организации СВК дает улучшение структурной избыточности по сравнению с дублированием. Обнаруживающие же свойства Тга-кода позволяют во многих случаях выделять «пятерки» выходов объекта диагностирования, на которых невозможны одновременные искажения всех выходов и где обнаруживаются любые сочетания иных искажений.
Предлагаемая структура позволяет организовывать полностью само- проверяемые цифровые устройства и вычислительные системы даже в тех случаях, когда это не удается при использовании известных методов дублирования, кодовых методов и отдельно метода логического дополнения.
Литература
1. Drozd A., Kharchenko V., Antoshchuk S., Sulima J., Drozd M. Checkability of the Digital Components in Safety-Critical Systems: Problems and Solutions // Proceedings of 9th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2011). - Sevastopol, Ukraine. - 2011.
Р. 411-416. DOI: 10. n09/EWDTS.20n.6116606.
2. Дрозд А.В., Харченко В.С., Антощук С.Г., Дрозд Ю.В., Дрозд М.А., СулимаЮ.Ю. Рабочее диагностирование безопасных информационно-управляющих систем / под ред. А.В. Дрозда и В.С. Харченко. - Харьков: Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского (ХАИ), 2012.
3. Бестемьянов П. Ф. Методы обеспечения безопасности аппаратных средств микропроцессорных систем управления движением поездов // Электротехника. - 2020. - №9. - С. 2-8.
4. Сапожников Вл.В. Синтез систем управления движением поездов на железнодорожных станциях с исключением опасных отказов. - М.: Наука, 2021.
5. Согомонян Е.С., Слабаков Е.В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. - М.: Радио и связь, 1989.
6. Микони С.В. Общие диагностические базы знаний вычислительных систем. - СПб.: СПИИРАН, 1992.
7. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Самопроверяемые дискретные устройства. - СПб.: Энергоатомиздат, 1992.
8. Piestrak S.J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes. - Wroclaw: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroclavskiej, 1995.
9. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Коды Хэмминга в системах функционального контроля логических устройств. - СПб.: Наука, 2018.
10. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Коды с суммированием для систем технического диагностирования. Т.1 1: Классические коды Бергера и их модификации. - М.: Наука, 2020.
11. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Коды с суммированием для систем технического диагностирования. Т. 2: Взвешенные коды с суммированием. - М.: Наука, 2021.
12. Reynolds D.A., Meize G. Fault Detection Capabilities of Alternating Logic // IEEE Transactions on Computers. - 1978. - Vol. C-27. - Issue 12. - P. 1093-1098.
13. Аксенова Г.П. Восстановление в дублированных устройствах методом инвертирования данных // Автоматика и телемеханика. - 1987. - №10. - С. 144-153.
14. Гессель М., Мошанин В.И., Сапожников В.В, Сапожников Вл.В. Обнаружение неисправностей в самопроверяемых комбинационных схемах с использованием свойств самодвойственных функций // Автоматика и телемеханика. - 1997. - №12. - С. 193200.
15. Гессель М., Дмитриев А.В., Сапожников В.В, Сапожников Вл.В. Самотестируемая структура для функционального обнаружения отказов в комбинационных схемах // Автоматика и телемеханика. - 1999. - №11. - С. 162-174.
16. Гессель М., Морозов А.А., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Построение самопро- веряемых комбинационных схем на основе свойств самодвойственных функций // Автоматика и телемеханика. - 2000. - №2. - С. 151-163.
17. Гессель М., Дмитриев А.В., Сапожников В.В, Сапожников Вл.В. Обнаружение неисправностей в комбинационных схемах с помощью самодвойственного контроля // Автоматика и телемеханика. - 2000. - №7. - С. 140-149.
18. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Гессель М. Самодвойственные дискретные устройства. - СПб.: Энергоатомиздат (Санкт-Петербургское отделение), 2001.
19. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Валиев Р.Ш. Синтез самодвойственных дискретных систем. - СПб.: Элмор, 2006.
20. Goessel M., Ocheretny V., Sogomonyan E., Marienfeld D. New Methods of Concurrent Checking: Edition 1. - Dordrecht: Springer Science+Business Media B.V., 2008.
21. Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Пивоваров Д.В. Обнаружение неисправностей в комбинационных схемах на основе самодвойственного дополнения до равновесных кодов // Труды Института системного программирования РАН. - 2019. - Т. 31, №1. - С. 115-132. - DOI: 10.15514/ ISPRAS-2019-31(1)-8.
22. Efanov D., Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Osadchy G., Pivovarov D. Self-Dual Complement Method up to Constant-Weight Codes for Arrangement of Combinational Logical Circuits Concurrent Error-Detection Systems // Proceedings of 17th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2019), Batumi, Georgia, September 13-16. - 2019. - Р. 136-143. DOI: 10.1109/EWDTS.2019.8884398.
23. Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Пивоваров Д.В. Метод функционального контроля комбинационных логических устройств на основе самодвойственного дополнения до равновесных кодов // Электронное моделирование. - 2020. - Т. 42, №3. - С. 27-52. - DOI: 10.15407/emodel.42.03. 027.
24. Efanov D.V., Pivovarov D.V. The Hybrid Structure of a Self-Dual Built-In Control Circuit for Combinational Devices with Pre-Compression of Signals and Checking of Calculations by Two Diagnostic Parameters // Proceedings of 19th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2021), Batumi, Georgia, September 10-13. - 2021. - Р. 200-206. DOI: 10.1109/EWDTS52692.2021.9581019.
25. Saposhnikov V., Saposhnikov Vl. New Code for Fault Detection in Logic Circuits // Proceedings of 4th International Conference on Unconventional Electromechanical and Electrical Systems, St. Petersburg, Russia, June 21-24. - 1999 - Р. 693-696.
26. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Дмитриев В.В. Новые структуры систем функционального контроля логических схем // Автоматика и телемеханика. - 2017. - №2. - С. 127-143.
27. Яблонский С.В. Введение в дискретную математику / под ред. В.А. Садовничева. - Изд. 4-е, стер. - М.: Высшая школа, 2003.
28. Carter W.C., Duke K.A., Schneider P.R Self-Checking Error Checker for Two-Rail Coded Data // United States Patent Office, filed July 25, 1968, ser. No. 747533, patented Jan. 26, 1971, N. Y.
29. Аксенова Г.П. Необходимые и достаточные условия построения полностью проверяемых схем свертки по модулю 2 // Автоматика и телемеханика. - 1979. - №9. - С. 126-135.
30. Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Организация схем встроенного контроля на основе метода логического дополнения с предварительным преобразованием рабочих функций в контрольные векторы кодов Бергера // Информационные технологии. - 2021. - Т. 27, №6. - С. 306-313. - DOI: 10.17587/it.27.306-313.
31. Zakrevskij A., Pottosin Yu., Cheremisinova L. Optimization in Boolean Space. - Tallinn: TUT Press, 2009.
32. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Метод функционального контроля комбинационных логических устройств на основе кода «2 из 4» // Известия вузов. Приборостроение. - 2016. - Т. 59, №7. - С. 524-533. - DOI: 10.17586/0021-3454-2016- 59-7-524-533.
33. Efanov D.V., Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V., Pivovarov D.V. Synthesis of Built-in Self-Test Control Circuits Based on the Method of Boolean Complement to Constant- Weight 1-out-of-n Codes // Automatic Control and Computer Sciences. - 2019. - Vol. 53. - Issue 6. - P. 481-491. - DOI: 10.3103/S014641161906004X.
34. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Построение полностью самопро- веряемых структур систем функционального контроля с использованием равновесного кода «1 из 3» // Электронное моделирование. - 2016. - Т. 38, №6. - С. 25-43.
35. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Пивоваров Д.В. Метод логического дополнения на основе равновесного кода «1 из 4» для построения полностью самопроверяемых структур систем функционального контроля // Электронное моделирование. - 2017. - Т. 39, №2. - С. 15-34.
36. Efanov D.V., Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V., Pivovarov D.V. The Synthesis Conditions of Completely Self-Testing Embedded-Control Circuits Based on the Boolean Complement Method to the «1 -out-of-m» Constant-Weight Code // Automatic Control and Computer Sciences. - 2020. - Vol. 54. - Issue 2. - P. 89-99. - DOI: 10.3103/ S0146411620020042.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Методы реализации цифровых фильтров сжатия и их сравнение. Разработка модуля сжатия сложных сигналов. Разработка структурной схемы модуля и выбор элементной базы. Анализ работы и оценка быстродействия. Программирование и конфигурирование микросхем.
дипломная работа [5,7 M], добавлен 07.07.2012Проектирование модуля вывода дискретных и ввода аналоговых сигналов для систем управления различным технологическим оборудованием. Моделирование схемы модуля в ССМ Multisim. Разработка печатной платы модуля. Разработка принципиальной и структурной схем.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 03.11.2014Разработка структурной схемы устройства. Анализ исходных данных. Микросхема тактового генератора. Использование асинхронного RS-триггера в качестве блока управления. Схема сравнения одноименных сигналов с выходов устройства контроля и эталонного объекта.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 02.01.2016Методы обработки и передачи речевых сигналов. Сокращение избыточности речевого сигнала как одна из проблем ресурсосберегающего развития телефонных сетей. Кодирование речевых сигналов на основе линейного предсказания. Разработка алгоритма программы.
дипломная работа [324,7 K], добавлен 26.10.2011Обзор генераторов сигналов. Структурная схема и элементная база устройства. Разработка печатной платы модуля для изучения генератора сигналов на базе прямого цифрового синтеза. Выбор технологии производства. Конструкторский расчет; алгоритм программы.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 25.04.2015Разработка функциональной схемы устройства, осуществляющего обработку входных сигналов в соответствии с заданным математическим выражением зависимости выходного сигнала от двух входных сигналов. Расчет электрических схем вычислительного устройства.
курсовая работа [467,5 K], добавлен 15.08.2012Выбор дискретизации телефонных сигналов, расчет количества разрядов кодовой комбинации и защищенности от шума квантования. Размещение станций разработка схемы организации связи на базе систем передачи ИКМ-120. Оценка надежности цифровой системы передачи.
курсовая работа [207,3 K], добавлен 25.06.2015Проектирование радиоприемника в секторе частот АМ-сигналов по супергетеродинной схеме с высокой помехоустойчивостью, работающего в диапазоне волн 0.9-1.607 МГц. Расчет структурной схемы. Разработка принципиальных схем функциональных узлов приемника.
курсовая работа [955,8 K], добавлен 29.12.2013Знакомство с основными особенностями широкополосного усилителя переменных сигналов, общая характеристика частотных и нелинейных искажений отдельных каскадов. Анализ видов построения схем усилителей. Рассмотрение схем, используемых в усилительной технике.
дипломная работа [643,1 K], добавлен 24.06.2013Электрическое преобразование сигналов. Регулирование коэффициента усиления. Импульсы напряжения с выходов предварительного усилителя. Сумматоры сигналов, оптимизация сопротивлений резисторной матрицы. Интегратор координатных и энергетических сигналов.
реферат [851,4 K], добавлен 11.01.2011Исследование принципов разработки генератора аналоговых сигналов. Анализ способов перебора адресов памяти генератора аналоговых сигналов. Цифровая генерация аналоговых сигналов. Проектирование накапливающего сумматора для генератора аналоговых сигналов.
курсовая работа [513,0 K], добавлен 18.06.2013Схемные решения корреляционных обнаружителей одиночных сигналов и их связь с формированием корреляционного интеграла. Отношение сигнал/шум на выходе схем корреляционной обработки одиночных сигналов. Потенциальная помехоустойчивость. Принятый сигнал.
реферат [2,3 M], добавлен 21.01.2009Сигналы и их характеристики. Линейная дискретная обработка, ее сущность. Построение графиков для периодических сигналов. Расчет энергии и средней мощности сигналов. Определение корреляционных функций сигналов и построение соответствующих диаграмм.
курсовая работа [731,0 K], добавлен 16.01.2015Детализация исходного ТЗ и постановка задачи (использование блочно-иерархического подхода при разработке устройства контроля за уровнем аналоговых сигналов). Структурная схема, её описание. Расчет потребляемой мощности и требования к источникам питания.
курсовая работа [119,3 K], добавлен 14.02.2009Классификация цифровых измерительных приборов, разработка структурной схемы устройства измерения временных величин сигналов. Описание базового микроконтроллера и программного обеспечения. Аппаратно-программные средства контроля и диагностики устройства.
дипломная работа [647,7 K], добавлен 20.10.2010Физические основы электрокардиографии. Виды помех и их устранение. Погрешности измерения амплитудно-временных параметров ЭКГ. Разработка имитатора сигналов: узел контроля напряжения батареи, расчет блока питания. Проведение поверки электрокардиографа.
магистерская работа [1,1 M], добавлен 05.02.2012Согласованная фильтрация и накопление импульсных сигналов. Рассмотрение временного и спектрального способов синтеза согласованного фильтра. Частотно-модулированные импульсы и шумоподобные сигналы. Бинарное квантование некогерентной пачки импульсов.
реферат [627,5 K], добавлен 13.10.2013Анализ номенклатуры интегральных схем, предназначенных для построения приемных тактов беспроводных устройств связи. Знакомство с особенностями разработки приемника ЧМ сигналов со стереофоническим выходом. Этапы расчета входных каскадов радиоприемника.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 30.10.2013Аналого-цифровой преобразователь, дешифратор адреса, запросчик прерываний. Устройство ввода сигналов с термосопротивлений. Поддержка протокола шины приоритетных прерываний. Генерация сигналов записи базового вектора прерываний в регистры запросчика.
курсовая работа [198,9 K], добавлен 28.12.2013Разработка структурной и функциональной схем устройства преобразования аналоговых сигналов на микропроцессоре PIC. Входное буферное устройство, аналого-цифровой преобразователь. Устройство цифровой обработки сигнала, широтно-импульсный модулятор.
контрольная работа [612,9 K], добавлен 11.04.2014
