Самодвойственные отказоустойчивые структуры с контролем вычислений по паритету. I. Структуры на основе дублирования и метода логической коррекции сигналов

Известия высших учебных заведений. Электроника: Электроника

Известия высших учебных заведений. Электроника home

Самодвойственные отказоустойчивые структуры с контролем вычислений по паритету. I. Структуры на основе дублирования и метода логической коррекции сигналов

Раздел находится в стадии актуализации

Отказоустойчивые цифровые устройства синтезируют, как правило, с применением методов модульной избыточности и помехоустойчивого кодирования состояний. Однако такие подходы не учитывают специфики структур исходных объектов. Решение задачи синтеза отказоустойчивых устройств может быть найдено за счет применения при их построении схем встроенного контроля и метода логической коррекции сигналов при синтезе блока фиксации искаженных сигналов. В работе для сокращения структурной избыточности отказоустойчивого устройства использованы методы булевой алгебры, теории информации и кодирования. Рассмотрены самодвойственные отказоустойчивые структуры с контролем вычислений по паритету, которые функционируют в импульсном режиме и требуют для работы временнóй избыточности. Применение таких структур может служить альтернативой использованию метода внесения тройной модульной избыточности и коррекции ошибок мажоритарными элементами. Представленные структуры выполнены с контролем вычислений основным (исходным) устройством либо дополнительным со схемой сжатия по паритету и с преобразованием единственного контрольного сигнала в самодвойственный сигнал. Для двух самодвойственных структур использовано дублирование с дополнительным контролем вычислений, для трех других структур использован метод логической коррекции сигналов при реализации блока фиксации искаженных сигналов без применения методов внесения модульной избыточности. Для каждой самодвойственной отказоустойчивой структуры приведены выражения с целью определения показателей сложности их реализации в общем виде. Даны выражения для оценки эффективности применения каждой из структур. Установлено, что описанные самодвойственные отказоустойчивые структуры с контролем вычислений по паритету во многих случаях дают более простые с точки зрения избыточности устройства, чем структуры, выполненные по традиционному методу внесения тройной модульной избыточности с мажоритарной коррекцией сигналов. Они могут быть использованы на практике при создании вычислительных устройств и систем на современной программируемой элементной базе.

Ключевые слова: отказоустойчивые устройства, самодвойственные устройства, коррекция ошибок, контроль вычислений по паритету, самодвойственное тестирование
Опубликовано в разделе: Информационно-коммуникационные технологии
Библиографическая ссылка: Ефанов Д. В., Погодина Т. С. Самодвойственные отказоустойчивые структуры с контролем вычислений по паритету. I. Структуры на основе дублирования и метода логической коррекции сигналов // Изв. вузов. Электроника. 2023. Т. 28. № 5. С. 670–686. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-5-670-686. – EDN: JSSLNH.

Ефанов Дмитрий Викторович
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29; Российский университет транспорта, Россия, 127994, г. Москва, ул. Образцова, 9, стр. 9

Погодина Татьяна Сергеевна
Российский университет транспорта, Россия, 127994, г. Москва, ул. Образцова, 9, стр. 9

1. Checkability of the digital components in safety-critical systems: Problems and solutions / A. Drozd, V. Kharchenko, S. Antoshchuk et al. // 2011 9th East-West Design & Test Symposium (EWDTS). Sevastopol: IEEE, 2011. P. 411–416. https://doi.org/10.1109/EWDTS.2011.6116606

2. Hidden fault analysis of FPGA projects for critical applications / O. Drozd, I. Perebeinos, O. Martynyuk et al. // 2020 IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). Lviv-Slavske: IEEE, 2020. P. 467–471. https://doi.org/10.1109/TCSET49122.2020.235591

3. Согомонян Е. С., Слабаков Е. В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. М.: Радио и связь, 1989. 207 с.

4. Гавзов Д. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Методы обеспечения безопасности дискретных систем // Автомат. и телемех. 1994. № 8. С. 3–50. EDN: YZNRGT.

5. Скляр В. В., Харченко В. С. Отказоустойчивые компьютерные системы управления с версионно-пороговой адаптацией: Способы адаптации, оценка надежности, выбор архитектур // Автомат. и телемех. 2002. № 6. С. 131–145. EDN: NUGISJ.

6. Design and test technology for dependable systems-on-chip / eds R. Ubar, J. Raik, H.-T. Vierhaus. Hershey; New York: Information Science Reference, 2010. 580 p. (Premier Reference Sources).

7. Рабочее диагностирование безопасных информационно-управляющих систем = On-line testing of the safe instrumentation and control systems / А. В. Дрозд, В. С. Харченко, С. Г. Антощук и др.; под ред. А. В. Дрозда, В. С. Харченко. Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «ХАИ», 2012. 614 с.

8. Микони С. В., Соколов Б. В., Юсупов Р. М. Квалиметрия моделей и полимодельных комплексов. М.: РАН, 2018. 312 с.

9. Федоров Ю. Н. Справочник инженера по АСУТП: Проектирование и разработка. М.: Инфра-Инженерия, 2008. 926 с.

10. Railway signalling and interlocking: International compendium / eds G. Theeg, S. Vlasenko. 3rd ed. Leverkusen: PMC Media House, 2020. 552 p.

11. Ефанов Д. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Отказоустойчивые структуры цифровых устройств на основе логического дополнения // Автомат. и телемех. 2021. № 8. С. 140–158. https://doi.org/10.31857/S0005231021080079. – EDN: TUUDZK.

12. Reynolds D. A., Metze G. Fault detection capabilities of alternating logic // IEEE Trans. Comput. 1978. Vol. C-27. Iss. 12. P. 1093–1098. https://doi.org/10.1109/TC.1978.1675011

13. Ефанов Д. В., Погодина Т. С. Исследование свойств самодвойственных комбинационных устройств с контролем вычислений на основе кодов Хэмминга // Информатика и автоматизация. 2023. Т. 22. № 2. C. 349–392. https://doi.org/10.15622/ia.22.2.5. – EDN: FGQINF.

14. Сапожников Вл. В. Синтез систем управления движением поездов на железнодорожных станциях с исключением опасных отказов. М.: Наука, 2021. 229 с.

15. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Гессель М. Самодвойственные дискретные устройства. СПб.: Энергоатомиздат. С.-Петерб. отд-ние, 2001. 330 с.

16. 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. EDN: YZRWPL.

17. Аксёнова Г. П. Восстановление в дублированных устройствах методом инвертирования данных // Автомат. и телемех. 1987. № 10. С. 144–153.

18. Гессель М., Дмитриев А. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Исследование свойств самодвойственных самопроверяемых многотактных схем // Автомат. и телемех. 2001. № 4. С. 148–159. EDN: ODWNLL.

19. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Валиев Р. Ш. О синтезе самодвойственных логических схем с памятью // Электронное моделирование. 2004. Т. 26. № 2. С. 39–56.

20. Otscheretnij V., Goessel M., Saposhnikov Vl. V., Saposhnikov V. V. Fault-tolerant self-dual circuits with error detection by parity- and group parity prediction // Proc. 4th IEEE International On-Line Testing Workshop. Capri: IEEE, 1998. P. 124–130.

21. Saposhnikov Vl., Otscheretnij V., Saposhnikov V., Gössel M. Design of fault-tolerant circuits by self-dual duplication // Proc. 2nd International Workshop on Design and Diagnostics of Electronic Circuits and Systems. Szczyrk: DDECS, 1998. P. 129–136.

22. Matsumoto K., Uehara M., Mori H. Evaluating the fault tolerance of stateful TMR // 2010 13th International Conference on Network-Based Information Systems. Takayama: IEEE, 2010. P. 332–336. https://doi.org/10.1109/NBiS.2010.86

23. Borecký J., Kohlík M., Vít P., Kubátová H. Enhanced duplication method with TMR-like masking abilities // 2016 Euromicro Conference on Digital System Design (DSD). Limassol: IEEE, 2016. P. 690–693. https://doi.org/10.1109/DSD.2016.91

24. Saposhnikov Vl. V., Dmitriev A., Goessel M., Saposhnikov V. V. Self-dual parity checking – A new method for on-line testing // Proceedings of 14th VLSI Test Symposium. Princeton, NJ: IEEE, 1996. P. 162–168. https://doi.org/10.1109/VTEST.1996.510852

25. Ефанов Д. В., Погодина Т. С. Самодвойственный контроль комбинационных схем с применением кодов Хэмминга // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). 2022. № 3. С. 113–122. https://doi.org/10.31114/2078-7707-2022-3-113-122. – EDN: VCEWAT.

26. Гессель М., Дмитриев А. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Самотестируемая структура для функционального обнаружения отказов в комбинационных схемах // Автомат. и телемех. 1999. № 11. С. 162–174. EDN: OKENAD.

27. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Коды с суммированием для систем технического диагностирования. Т. 1: Классические коды Бергера и их модификации. М.: Наука, 2020. 382 с.

28. 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. 453 с.

29. 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. EDN: NTGMJP.

30. Соловьева Ф. И. О построении кодов типа Рида – Маллера и исследовании их свойств // Тр. МФТИ. 2022. Т. 14. № 2 (54). С. 110–123. EDN: YGVLWY.

Сведения о публикации

Загрузок: 0

УДК: 004.052.32:681.518.5
Тип публикации: Научная статья
Язык оригинала: Русский
DOI: 10.24151/1561-5405-2023-28-5-670-686
Идентификатор статьи в РИНЦ: JSSLNH
Полнотекстовая версия: Перейти

Скачать: File not found (1.02 Мб) JATS XML