Коды с суммированием по произвольному модулю в схемах встроенного контроля, реализованных по методу логического дополнения
Для реализации функции контроля возникающих в устройствах неисправностей используются схемы встроенного контроля. Перспективным методом синтеза схемы встроенного контроля для устройств автоматики и вычислительной техники является логическое дополнение. Одно из основных направлений логического дополнения - контроль вычислений по кодовым методам, которые подразумевают применение при синтезе схемы встроенного контроля блочного равномерного кода. В работе описаны особенности обнаружения ошибок модульными кодами с суммированием в кодовых словах по кратностям и видам ошибок (монотонные, симметричные и асимметричные). Показано, что с увеличением значения длины информационного вектора и модуля увеличивается доля числа необнаруживаемых ошибок, возникающих одновременно в информационных и контрольных векторах, от числа необнаруживаемых ошибок, возникающих только в информационных векторах. Для кодов с суммированием со значениями модулей M ≥ 4 эта величина превышает 3. Указанную особенность модульных кодов с суммированием предложено учитывать при синтезе схем встроенного контроля устройств автоматики и вычислительной техники по методу логического дополнения. Для этого выходы объекта диагностирования, формирующие значения информационного вектора, и выходы объекта диагностирования, формирующие значения контрольных разрядов информационного вектора, схемотехнически разделяют. Сформулировано решающее правило, позволяющее это делать для комбинационных устройств. Результаты экспериментов с контрольными комбинационными схемами свидетельствуют об эффективности применения модульных кодов с суммированием при организации схем встроенного контроля по методу логического дополнения.
- Ключевые слова: самопроверяемое цифровое устройство, схема встроенного контроля, модульный код с суммированием, логическое дополнение, обнаружение ошибок на выходах цифровых устройств
- Информация о финансировании: работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ (тема № МД-2533.2021.4)
- Для цитирования: Ефанов Д. В., Зуева М. В. Коды с суммированием по произвольному модулю в схемах встроенного контроля, реализованных по методу логического дополнения // Изв. вузов. Электроника. 2022. Т. 27. № 2. С. 218–232. doi: https://doi.org/10.24151/1561-5405-2022-27-2-218-232
Дмитрий Викторович Ефанов
Российский университет транспорта
Российский университет транспорта
Марина Владимировна Зуева
ООО «ИБС Санкт-Петербург»
ООО «ИБС Санкт-Петербург»
1. Согомонян Е. С., Слабаков Е. В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. М.: Радио и связь, 1989. 208 с.
2. Рабочее диагностирование безопасных информационно-управляющих систем / А. В. Дрозд, В. С. Харченко, С. Г. Антощук и др.; под ред. А. В. Дрозда, В. С. Харченко. Харьков: Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «ХАИ», 2012. 614 с.
3. Сапожников В. В. Синтез систем управления движением поездов на железнодо-рожных станциях с исключением опасных отказов. М.: Наука, 2021. 229 с.
4. Mitra S., McCluskey E. J. Which concurrent error detection scheme to сhoose? // Pro-ceedings of International Test Conference 2000 (IEEE Cat. No. 00CH37159). Atlantic City, NJ: IEEE, 2000. P. 985–994. doi: https://doi.org/10.1109/TEST.2000.894311
5. Saposhnikov Vl. V., Dmitriev A., Goessel M., Saposhnikov V. V. Self-dual parity check-ing – A new method for on-line testing // Proceedings of 14th VLSI Test Symposium. Princeton, NJ: IEEE, 1996. P. 162–168. doi: https://doi.org/10.1109/VTEST.1996.510852
6. Аксёнова Г. П. Метод синтеза схем встроенного контроля для автоматов с памятью // Автомат. и телемех. 1973. № 2. С. 109–116.
7. Гессель М., Мошанин В. И., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Обнаружение неисправностей в самопроверяемых комбинационных схемах с использованием свойств самодвойственных функций // Автомат. и телемех. 1997. № 12. С. 193–200.
8. Гессель М., Морозов А. А., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Построение са-мопроверяемых комбинационных схем на основе свойств самодвойственных функций // Автомат. и телемех. 2000. № 2. С. 151–163.
9. Гессель М., Дмитриев А. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Обнаружение неисправностей в комбинационных схемах с помощью самодвойственного контроля // Автомат. и телемех. 2000. № 7. С. 140–148.
10. Göessel M., Ocheretny V., Sogomonyan E., Marienfeld D. New methods of concurrent checking. 1st ed. Dordrecht: Springer Netherlands, 2008. 184 p. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-8420-1
11. Гессель М., Морозов А. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Логическое дополнение – новый метод контроля комбинационных схем // Автомат. и телемех. 2003. № 1. С. 167–176.
12. Гессель М., Морозов А. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Контроль ком-бинационных схем методом логического дополнения // Автомат. и телемех. 2005. № 8. С. 161–172.
13. Constraint don’t cares for optimizing designs for concurrent checking by 1-out-of-3 codes / D. K. Das, S. S. Roy, M. Gössel et al. // Proceedings of the 10th International Workshops on Boolean Problems. Freiberg: IWSBP, 2012. P. 33–40.
14. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Коды Хэмминга в системах функционального контроля логических устройств. СПб.: Наука, 2018. 151 с.
15. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Коды с суммированием для систем технического диагностирования. Т. 1: Классические коды Бергера и их модифика-ции. М.: Наука, 2020. 383 с.
16. 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. 455 с.
17. Матросова А. Ю., Чернышов С. В., Ким О. Х., Николаева Е. А. Построение по-следовательности, обнаруживающей робастно тестируемые неисправности задержек пу-тей в схемах с памятью // Автомат. и телемех. 2021. № 11. С. 148–168. doi: https://doi.org/10.31857/S0005231021110106
18. Багхдади А. А. А., Хаханов В. И., Литвинова Е. И. Методы анализа и диагности-рования цифровых устройств (аналитический обзор) // АСУ и приборы автоматики. 2014. Вып. 166. С. 59–74.
19. Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Efanov D. Modular sum codes in building testable discrete systems // 2015 IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS). Batumi: IEEE, 2015. P. 181–187. doi: https://doi.org/10.1109/EWDTS.2015.7493133
20. Ефанов Д. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Применение модульных кодов с суммированием для построения систем функционального контроля комбинацион-ных логических схем // Автомат. и телемех. 2015. № 10. С. 152–169.
21. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Самопроверяемые дискретные устройст-ва. СПб.: Энергоатомиздат, 1992. 224 с.
22. Ефанов Д. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Отказоустойчивые струк-туры цифровых устройств на основе логического дополнения // Автомат. и телемех. 2021. № 8. С. 140–158. doi: https://doi.org/10.31857/S0005231021080079
23. Слабаков Е. В. Построение полностью самопроверяемых комбинационных уст-ройств с использованием остаточных кодов // Автомат. и телемех. 1979. № 10. С. 133–141.
24. Piestrak S. J. Design of self-testing checkers for unidirectional error detecting codes. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocłavskiej, 1995. 111 p.
25. Ефанов Д. В., Осадчий Г. В., Зуева М. В. Особенности обнаружения ошибок ко-дами с суммированием единичных информационных разрядов в кольце вычетов по задан-ному модулю в схемах встроенного контроля, синтезированных на основе метода логиче-ского дополнения // Автоматика на транспорте. 2021. Т. 7. № 2. С. 284–314. doi: https://doi.org/10.20295/2412-9186-2021-7-2-284-314
26. Efanov D. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. The self-checking concurrent er-ror-detection systems synthesis based on the Boolean complement to the Bose-Lin codes with the modulo value M = 4 // Электрон. модел. 2021. Т. 43. № 1. С. 28–45. doi: https://doi.org/10.15407/emodel.43.01.028
27. Ефанов Д. В., Зуева М. В. Логическое дополнение до модульных кодов с сумми-рованием для синтеза схем встроенного контроля комбинационных устройств автоматики и вычислительной техники // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). 2021. № 1. С. 52–60. doi: https://doi.org/10.31114/2078-7707-2021-1-52-60
28. Efanov D. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. Organization of a fully self-checking structure of a combinational device based on searching for groups of symmetrically in-dependent outputs // Aut. Control Comp. Sci. 2020. Vol. 54. Iss. 4. P. 279–290. doi: https://doi.org/10.3103/S0146411620040045
29. Collection of digital design benchmarks // Digital Design & Dependability Research Group: [web]. URL: https://ddd.fit.cvut.cz/www/prj/Benchmarks/ (дата обращения: 07.02.2022).
30. Sequential circuit design using synthesis and optimization / E. M. Sentovich, K. J. Singh, C. Moon et al. // Proceedings of 1992 IEEE International Conference on Computer Design: VLSI in Computers & Processors. Cambridge, MA: IEEE, 1992. P. 328–333. doi: https://doi.org/10.1109/ICCD.1992.276282
2. Рабочее диагностирование безопасных информационно-управляющих систем / А. В. Дрозд, В. С. Харченко, С. Г. Антощук и др.; под ред. А. В. Дрозда, В. С. Харченко. Харьков: Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «ХАИ», 2012. 614 с.
3. Сапожников В. В. Синтез систем управления движением поездов на железнодо-рожных станциях с исключением опасных отказов. М.: Наука, 2021. 229 с.
4. Mitra S., McCluskey E. J. Which concurrent error detection scheme to сhoose? // Pro-ceedings of International Test Conference 2000 (IEEE Cat. No. 00CH37159). Atlantic City, NJ: IEEE, 2000. P. 985–994. doi: https://doi.org/10.1109/TEST.2000.894311
5. Saposhnikov Vl. V., Dmitriev A., Goessel M., Saposhnikov V. V. Self-dual parity check-ing – A new method for on-line testing // Proceedings of 14th VLSI Test Symposium. Princeton, NJ: IEEE, 1996. P. 162–168. doi: https://doi.org/10.1109/VTEST.1996.510852
6. Аксёнова Г. П. Метод синтеза схем встроенного контроля для автоматов с памятью // Автомат. и телемех. 1973. № 2. С. 109–116.
7. Гессель М., Мошанин В. И., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Обнаружение неисправностей в самопроверяемых комбинационных схемах с использованием свойств самодвойственных функций // Автомат. и телемех. 1997. № 12. С. 193–200.
8. Гессель М., Морозов А. А., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Построение са-мопроверяемых комбинационных схем на основе свойств самодвойственных функций // Автомат. и телемех. 2000. № 2. С. 151–163.
9. Гессель М., Дмитриев А. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Обнаружение неисправностей в комбинационных схемах с помощью самодвойственного контроля // Автомат. и телемех. 2000. № 7. С. 140–148.
10. Göessel M., Ocheretny V., Sogomonyan E., Marienfeld D. New methods of concurrent checking. 1st ed. Dordrecht: Springer Netherlands, 2008. 184 p. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-8420-1
11. Гессель М., Морозов А. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Логическое дополнение – новый метод контроля комбинационных схем // Автомат. и телемех. 2003. № 1. С. 167–176.
12. Гессель М., Морозов А. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Контроль ком-бинационных схем методом логического дополнения // Автомат. и телемех. 2005. № 8. С. 161–172.
13. Constraint don’t cares for optimizing designs for concurrent checking by 1-out-of-3 codes / D. K. Das, S. S. Roy, M. Gössel et al. // Proceedings of the 10th International Workshops on Boolean Problems. Freiberg: IWSBP, 2012. P. 33–40.
14. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Коды Хэмминга в системах функционального контроля логических устройств. СПб.: Наука, 2018. 151 с.
15. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Коды с суммированием для систем технического диагностирования. Т. 1: Классические коды Бергера и их модифика-ции. М.: Наука, 2020. 383 с.
16. 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. 455 с.
17. Матросова А. Ю., Чернышов С. В., Ким О. Х., Николаева Е. А. Построение по-следовательности, обнаруживающей робастно тестируемые неисправности задержек пу-тей в схемах с памятью // Автомат. и телемех. 2021. № 11. С. 148–168. doi: https://doi.org/10.31857/S0005231021110106
18. Багхдади А. А. А., Хаханов В. И., Литвинова Е. И. Методы анализа и диагности-рования цифровых устройств (аналитический обзор) // АСУ и приборы автоматики. 2014. Вып. 166. С. 59–74.
19. Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Efanov D. Modular sum codes in building testable discrete systems // 2015 IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS). Batumi: IEEE, 2015. P. 181–187. doi: https://doi.org/10.1109/EWDTS.2015.7493133
20. Ефанов Д. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Применение модульных кодов с суммированием для построения систем функционального контроля комбинацион-ных логических схем // Автомат. и телемех. 2015. № 10. С. 152–169.
21. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Самопроверяемые дискретные устройст-ва. СПб.: Энергоатомиздат, 1992. 224 с.
22. Ефанов Д. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Отказоустойчивые струк-туры цифровых устройств на основе логического дополнения // Автомат. и телемех. 2021. № 8. С. 140–158. doi: https://doi.org/10.31857/S0005231021080079
23. Слабаков Е. В. Построение полностью самопроверяемых комбинационных уст-ройств с использованием остаточных кодов // Автомат. и телемех. 1979. № 10. С. 133–141.
24. Piestrak S. J. Design of self-testing checkers for unidirectional error detecting codes. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocłavskiej, 1995. 111 p.
25. Ефанов Д. В., Осадчий Г. В., Зуева М. В. Особенности обнаружения ошибок ко-дами с суммированием единичных информационных разрядов в кольце вычетов по задан-ному модулю в схемах встроенного контроля, синтезированных на основе метода логиче-ского дополнения // Автоматика на транспорте. 2021. Т. 7. № 2. С. 284–314. doi: https://doi.org/10.20295/2412-9186-2021-7-2-284-314
26. Efanov D. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. The self-checking concurrent er-ror-detection systems synthesis based on the Boolean complement to the Bose-Lin codes with the modulo value M = 4 // Электрон. модел. 2021. Т. 43. № 1. С. 28–45. doi: https://doi.org/10.15407/emodel.43.01.028
27. Ефанов Д. В., Зуева М. В. Логическое дополнение до модульных кодов с сумми-рованием для синтеза схем встроенного контроля комбинационных устройств автоматики и вычислительной техники // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). 2021. № 1. С. 52–60. doi: https://doi.org/10.31114/2078-7707-2021-1-52-60
28. Efanov D. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. Organization of a fully self-checking structure of a combinational device based on searching for groups of symmetrically in-dependent outputs // Aut. Control Comp. Sci. 2020. Vol. 54. Iss. 4. P. 279–290. doi: https://doi.org/10.3103/S0146411620040045
29. Collection of digital design benchmarks // Digital Design & Dependability Research Group: [web]. URL: https://ddd.fit.cvut.cz/www/prj/Benchmarks/ (дата обращения: 07.02.2022).
30. Sequential circuit design using synthesis and optimization / E. M. Sentovich, K. J. Singh, C. Moon et al. // Proceedings of 1992 IEEE International Conference on Computer Design: VLSI in Computers & Processors. Cambridge, MA: IEEE, 1992. P. 328–333. doi: https://doi.org/10.1109/ICCD.1992.276282
Поделиться