ISSN 0021-3454 (печатная версия)
ISSN 2500-0381 (онлайн версия)
Меню

8
Содержание
том 63 / Август, 2020
СТАТЬЯ

DOI 10.17586/0021-3454-2020-63-7-583-599

УДК 004.052.32:681.518.5

Синтез схемы встроенного контроля для многовыходных комбинационных устройств на основе логического дополнения и сжатия сигналов

Сапожников В. В.
ПГУПС; профессор, кафедра автоматики и телемеханики на железных дорогах


Сапожников В. В.
ПГУПС; профессор, кафедра автоматики и телемеханики на железных дорогах


Ефанов Д. В.
ПГУПС; кафедра автоматики и телемеханики на железных дорогах


Аннотация. Обсуждаются вопросы построения устройств автоматики и вычислительной техники с самопроверяемыми структурами. Рассматривается возможность развития для этих целей известного метода логического дополнения, суть которого заключается в первоначальном преобразовании рабочих функций исходного устройства в функции специального вида и последующем контроле их по выбранному диагностическому признаку. Для реализации метода используется блок логического дополнения, образованный каскадом двухвходовых сумматоров по модулю два. Предложен подход, основанный на гибридном способе организации контроля: первоначально осуществляется сжатие сигналов, поступающих с нескольких выходов исходного устройства, а затем контроль сжатых сигналов по методу логического дополнения. Показано, что предложенный подход позволяет снизить структурную избыточность конечного устройства за счет уменьшения числа подсхем контроля. Приведен пример, подтверждающий эффективность применения нового подхода к организации самопроверяемых устройств: можно добиться построения устройства не только со структурной избыточностью, меньшей, чем при дублировании, но и соизмеримой и даже меньшей, чем при контроле по паритету.
Ключевые слова: самопроверяемая схема встроенного контроля, метод дублирования, метод контроля по паритету, логическое дополнение, равновесный код, сжатие сигналов, сложность технической реализации, структурная избыточность

Список литературы:
  1. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Христов Х. А., Гавзов Д. В. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики / Под ред. Вл. В. Сапожникова. М.: Транспорт, 1995. 272 с.
  2. Smith D. J., Simpson K. G. L. Functional Safety: A Straightforward Guide to IEC 61508 and Related Standards. Butterworth-Heinemann, 2001. 208 p.
  3. Дрозд А. В., Харченко В. С., Антощук С. Г., Дрозд Ю. В., Дрозд М. А., Сулима Ю. Ю. Рабочее диагностирование безопасных информационно-управляющих систем // Под ред. А. В. Дрозда и В. С. Харченко. Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского „ХАИ“, 2012. 614 с.
  4. Kharchenko V., Kondratenko Yu., Kacprzyk J. Green IT Engineering: Concepts, Models, Complex Systems Architectures // "Studies in Systems, Decision and Control": Springer Book Series. 2017. Vol. 74. 305 p. DOI: 10.1007/978-3-319-44162-7.
  5. Щербаков Н. С. Достоверность работы цифровых устройств. М.: Машиностроение, 1989. 224 с.
  6. Стемпковский А. Л., Тельпухов Д. В., Жукова Т. Д., Гуров С. И., Соловьев Р. А. Методы синтеза сбоеустойчивых комбинационных КМОП схем, обеспечивающих автоматическое исправление ошибок // Изв. ЮФУ. Технические науки. 2017. № 7 (192). С. 197—210. DOI: 10.23683/2311-3103-2017-7-197-210.
  7. Sogomonyan E. S. Self-Correction Fault-Tolerant Systems [Электронный ресурс]: .
  8. Đug M., Weidling S., Sogomonyan E. S., Jokic D., Krstic M. Full error detection and correction method applied on pipelined structure using two approaches // J. of Circuits, Systems and Computers. 2020, January. P. 1—16. DOI: 10.1142/S0218126620502187.
  9. Согомонян Е. С., Слабаков Е. В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. М.: Радио и связь, 1989. 208 с.
  10. Слабаков Е. В., Согомонян Е. С. Самопроверяемые вычислительные устройства и системы (обзор) // Автоматика и телемеханика. 1981. № 11. С. 147—167.
  11. Пархоменко П. П., Согомонян Е. С. Основы технической диагностики (оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства). М.: Энергоатомиздат, 1981. 320 с.
  12. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Коды Хэмминга в системах функционального контроля логических устройств. СПб: Наука, 2018. 151 с.
  13. Гессель М., Согомонян Е. С. Самопроверяемая схема сравнения (компаратор) // Автоматика и телемеханика. 1992. № 10. С. 135—141.
  14. Piestrak S. J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocłavskiej, 1995. 111 p.
  15. Mitra S., McCluskey E. J. Which concurrent error detection scheme to сhoose? // Proc. of the Intern. Test Conf., Atlantic City, NJ, USA, 3—5 Oct. 2000. P. 985—994.
  16. Nicolaidis M., Zorian Y. On-line testing for VLSI — А compendium of approaches // J. of Electronic Testing: Theory and Applications. 1998. N 12. P. 7—20.
  17. Гессель М., Морозов А. А., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Построение комбинационных самопроверяемых устройств с монотонно независимыми выходами // Автоматика и телемеханика. 1994. № 7. С. 148—160.
  18. Berger J. M. A note on error detection codes for asymmetric channels // Information and Control. 1961. Vol. 4, iss. 1. P. 68—73. DOI: 10.1016/S0019-9958(61)80037-5.
  19. Гессель М., Морозов А. А., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Исследование комбинационных самопроверяемых устройств с независимыми и монотонно независимыми выходами // Автоматика и телемеханика. 1997. № 2. С. 180—193.
  20. Das D., Touba N. A., Seuring M., Gossel M. Low cost concurrent error detection based on modulo weight-based codes // Proc. of the 6th IEEE Intern. On-Line Testing Workshop (IOLTW), Palma de Mallorca, Spain, 3—5 July, 2000. P. 171—176.
  21. Гессель М., Морозов А. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Логическое дополнение — новый метод контроля комбинационных схем // Автоматика и телемеханика. 2003. № 1. С. 167—176.
  22. Saposhnikov Vl. V., Dmitriev A., Goessel M., Saposhnikov V. V. Self-dual parity checking – a new method for on line testing // Proc. of the 14th IEEE VLSI Test Symp., Princeton, USA, 1996. P. 162—168.
  23. 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 // Proc. of the 17th IEEE East-West Design & Test Symp. (EWDTS`2019), Batumi, Georgia, 13—16 Sept., 2019. P. 136—143. DOI: 10.1109/EWDTS.2019.8884398.
  24. Göessel M., Ocheretny V., Sogomonyan E., Marienfeld D. New Methods of Concurrent Checking. Dordrecht: Springer Science+Business Media B.V., 2008. 184 p.
  25. Sen S. K. A Self-checking circuit for concurrent checking by 1-out-of-4 code with design optimization using constraint don’t cares // Proc. National Conf. on Emerging Trends and Advances in Electrical Engineering and Renewable Energy (NCEEERE 2010), Sikkim Manipal Institute of Technology, Sikkim, India, 22—24 Dec., 2010.
  26. Das D. K., Roy S. S., Dmitiriev A., Morozov A., Gössel M. Constraint don’t cares for optimizing designs for concurrent checking by 1-out-of-3 codes // Proc. of the 10th Intern. Workshops on Boolean Problems, Freiberg, Germany, Sept., 2012. P. 33—40.
  27. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Построение самопроверяемых структур систем функционального контроля на основе равновесного кода „2 из 4“ // Проблемы управления. 2017. № 1. С. 57—64.
  28. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Самопроверяемые дискретные устройства. СПб: Энергоатомиздат, 1992. 224 с.
  29. Ефанов Д. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Пивоваров Д. В. Условия синтеза полностью самопроверяемых схем встроенного контроля на основе метода логического дополнения до равновесного кода „1 из m“ // Автоматика и вычислительная техника. 2020. № 2. С. 89—99.
  30. Пивоваров Д. В. Построение систем функционального контроля многовыходных комбинационных схем методом логического дополнения по равновесным кодам // Автоматика на транспорте. 2018. Т. 4, № 1. С. 131—149.
  31. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Метод функционального контроля комбинационных логических устройств на основе кода „2 из 4“ // Изв. вузов. Приборостроение. 2016. Т. 59, № 7. С. 524—533. DOI: 10.17586/0021-3454-2016-59-7-524-533.
  32. 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.
  33. Sentovich E. M., Singh K. J., Moon C., Savoj H., Brayton R. K., Sangiovanni-Vincentelli A. Sequential circuit design using synthesis and optimization // Proc. IEEE Intern. Conf. on Computer Design: VLSI in Computers & Processors, Cambridge, MA, USA, 11—14 Oct. 1992. P. 328—333. DOI: 10.1109/ICCD.1992.276282.
  34. Sentovich E. M., Singh K. J., Lavagno L., Moon C., Murgai R., Saldanha A., Savoj H., Stephan P. R., Brayton R. K., Sangiovanni-Vincentelli A. SIS: A system for sequential circuit synthesis. Berkeley: Univ. of California, 1992. 45 p.
  35. Pat. 747533 USA. Self-Checking Error Checker for Two-Rail Coded Data / W. C. Carter, K. A. Duke, P. R. Schneider. Patented 26.01.1971.
  36. Ефанов Д. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Синтез самопроверяемых комбинационных устройств на основе выделения специальных групп выходов // Автоматика и телемеханика. 2018. № 9. С. 79—94.
  37. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В., Пивоваров Д. В. Метод синтеза систем диагностирования на основе логического дополнения с уменьшенным числом элементов преобразования // Изв. вузов. Приборостроение. 2019. Т. 62, № 12. С. 1039—1052. DOI: 10.17586/0021-3454-2019-62-12-1039-1052.