priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2022-65-1-5-18pribor-201Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКАINFORMATION TECHNOLOGIES AND SYSTEMS, COMPUTER TECHNIQUEПрименение полиномиальных кодов при синтезе схем встроенного контроля для комбинационных устройств по методу логического дополненияApplication of polynomial codes in the synthesis of built-in control circuits for combinational devices using Boolean complement methodЕфановД. В.EfanovD. V.

Дмитрий Викторович Ефанов — д-р техн. наук, доцент, кафедра автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте, Российский университет транспорта; профессор, Высшая школа транспорта Института машиностроения, материалов и транспорта, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Москва; Санкт-Петербург

 

Dmitry V. Efanov — Dr. Sci., Associate Professor, Department of Automation, Remote Control, and Communications on Railway Transport, Russian University of Transport; Professor,  Higher School of Transport on the Institute of Machinery, Materials and Transport, P,eter  the Great St. Petersburg Polytechnic University 

Moscow; St. Petersburg

TrES-4b@yandex.ruАбдуллаевР. Б.AbdullaevR. B.

Руслан Борисович Абдуллаев — канд. техн. наук, кафедра автоматики и телемеханики, ст. преподаватель

Ташкент,

Ruslan B. Abdullaev — PhD, Department of Automatics and Telemechanics, Senior Lecturer

Tashkent

ruslan_0507@mail.ruЛесковецИ. B.LeskovetsI. V.

Игорь Вадимович Лесковец — канд. техн. наук, доцент,  кафедра транспортных и технологических машин

Могилев

Igor V. Leskovets — PhD, Associate Professo, Department of Transportation and Technological Machines

Mogilev

 

le@bru.byРоссийский университет транспорта; Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоRussian University of Transport; Peter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityТашкентский государственный транспортный университетTashkent State Transport UniversityБелорусско-Российский университетBelarusian-Russian University202201122024651518Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/201

Описываются особенности применения полиномиальных кодов при синтезе схем встроенного контроля для комбинационных цифровых устройств по методу логического дополнения. Рассматриваются возможности учета характеристик обнаружения ошибок в информационных векторах по видам (монотонные, симметричные и асимметричные) и кратностям. Приведены основные классы полиномиальных кодов, ориентированных на обнаружение ошибок конкретного вида и определенной кратностью. Сформулированы условия использования полиномиальных кодов при организации схем встроенного контроля по контролепригодным группам выходов исходного устройства. Приведены примеры реализации схем встроенного контроля с выделением групп выходов устройства, допускающих только одно- и двукратные ошибки (Н2-групп выходов). Сформулирован обобщенный алгоритм синтеза схем встроенного контроля по Н2-группам выходов.

The features of polynomial codes application in the synthesis of built-in control circuits for combinational digital devices using Boolean complement method are described. The possibilities of accounting for the characteristics of error detection in information vectors by types (monotonic, symmetric and asymmetric) and multiplicities are considered. The main classes of polynomial codes focused on the detection of errors of a specific type and a certain multiplicity are presented. The conditions for the use of polynomial codes in the organization of built-in control circuits according to controllable groups of outputs of the original device are formulated. Examples of the implementation of built-in control circuits with the allocation of groups of device outputs that allow only oneand two-fold errors (Н2-groups of outputs) are given. A generalized algorithm for synthesizing built-in control circuits by Н2-groups of outputs is formulated.

комбинационные цифровые устройствасхема встроенного контроляметод логического дополненияполиномиальный кодсамопроверяемое устройствоcombinational digital devicesbuilt-in control circuitBoolean complement methodpolynomial codeself-checking deviceReferencesСогомонян Е. С., Слабаков Е. В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. М.: Радио и связь, 1989. 208 с.Sogomonyan E.S., Slabakov E.V. Samoproveryaemye ustroystva i otkazoustoychivye sistemy (The Self-Checked Devices and Failure-Safe Systems), Moscow, 1989, 208 р. (in Russ.)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.Drozd A.V., Kharchenko V.S., Antoshchuk S.G., Drozd Yu.V., Drozd M.A., Sulima Yu.Yu. Rabocheye diagnostirovaniye bezopasnykh informatsionno-upravlyayushchikh sistem (Working Diagnostics of Safe Information and Control Systems), Khar’kov, 2012, 614 р. (in Russ.)Сапожников Вл. В. Синтез систем управления движением поездов на железнодорожных станциях с исключением опасных отказов. М.: Наука, 2021. 229 с.Sapozhnikov Vl.V. Sintez sistem upravleniya dvizheniyem poyezdov na zheleznodorozhnykh stantsiyakh s isklyucheniyem opasnykh otkazov (Synthesis of Control Systems for the Movement of Trains at Railway Stations with the Exclusion of Dangerous Failures), Moscow, 2021, 229 р.Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Коды Хэмминга в системах функционального контроля логических устройств. СПб: Наука, 2018. 151 с.Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V., Efanov D.V. Kody Khemminga v sistemakh funktsional'nogo kontrolya logicheskikh ustroystv (Hamming Codes in Functional Control Systems of Logical Devices), St. Petersburg, 2018, 151 р. (in Russ.)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. 383 с.Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V., Efanov D.V. Kody s summirovaniyem dlya sistem tekhnicheskogo diagnostirovaniya. T. 1. Klassicheskiye kody Bergera i ikh modifikatsii (Summed Codes for Technical Diagnostic Systems. Vol. 1. Classical Berger Codes and Their Modifications), Moscow, 2020, 383 р. (in Russ.)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.Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V., Efanov D.V. Kody s summirovaniyem dlya sistem tekhnicheskogo diagnostirovaniya. T. 2. Vzveshennyye kody s summirovaniyem (Summed Codes for Technical Diagnostic Systems. Vol. 2. Weighted Codes with Summation), Moscow, 2021, 455 р. (in Russ.)Кодирование информации (двоичные коды) / Н. Т. Березюк, А. Г. Андрущенко, С. С. Мощицкий, В. И. Глушков, М. М. Бенеша, В. А. Гаврилов; Под ред. Н. Т. Березюка. Харьков: Вища школа, 1978. 252 с.Berezyuk N.T., Andrushchenko A.G., Moshchitskiy S.S., Glushkov V.I., Benesha M.M., Gavrilov V.A. Kodirovaniye informatsii (dvoichnyye kody) (Information Coding (Binary Codes)), Khar'kov, 1978, 252 р. (in Russ.)Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Самопроверяемые дискретные устройства. СПб: Энергоатомиздат, 1992. 224 с.Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V. Samoproveryaemye diskretnye ustroystva (The Self-Checked Discrete Devices), St. Petersburg, 1992, 224 p. (in Russ.)Piestrak S. J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocłavskiej, 1995. 111 p.Piestrak S.J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes, Wrocław, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocłavskiej, 1995, 111 p.Göessel M., Ocheretny V., Sogomonyan E., Marienfeld D. New Methods of Concurrent Checking. Dordrecht: Springer Science+Business Media B.V., 2008. 184 p.Göessel M., Ocheretny V., Sogomonyan E., Marienfeld D. New Methods of Concurrent Checking, Edition 1, Dordrecht, Springer Science+Business Media B.V., 2008, 184 p.Гаврилов С. В., Гуров С. И., Жукова Т. Д., Рыжова Д. И. Применение теории кодирования для повышения помехозащищенности комбинационных схем // Информационные технологии. 2016. Т. 22, № 12. С. 931—937.Gavrilov S.V., Gurov S.I., Zhukova T.D., Ryzhova D.I. Information Technologies, 2016, no. 12(22), pp. 931–937. (in Russ.)Tshagharyan G., Harutyunyan G., Shoukourian S., Zorian Y. Experimental Study on Hamming and Hsiao Codes in the Context of Embedded Applications // Proc. of the 15th IEEE East-West Design & Test Symp. (EWDTS’2017), Novi Sad, Serbia, Sept. 29 — Oct. 2, 2017. P. 25—28. DOI: 10.1109/EWDTS.2017.8110065.Tshagharyan G., Harutyunyan G., Shoukourian S., Zorian Y. Proceedings of 15th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2017), Novi Sad, Serbia, September 29–October 2, 2017, pp. 25–28, DOI: 10.1109/EWDTS.2017.8110065.Стемпковский А. Л., Тельпухов Д. В., Жукова Т. Д., Деменева А. И., Надоленко В. В., Гуров С. И. Синтез схемы функционального контроля на основе спектрального R-кода с разбиением выходов на группы // Микроэлектроника. 2019. Т. 48, № 4. С. 284—294.Stempkovskii A.L., Tel’pukhov D.V., Zhukova T.D., Demeneva A.I., Nadolenko V.V., Gurov S.I. Russian Microelectronics, 2019, no. 4(48), pp. 240–249.Drozd O., Antoniuk V., Nikul V., Drozd M. Hidden Faults in FPGA-Built Digital Components of Safety-Related Systems // Proc. of the 14th Intern. Conf. “TCSET’2018”, Lviv-Slavsko, Ukraine, 2018. P. 805—809. DOI: 10.1109/TCSET.2018.8336320.Drozd O., Antoniuk V., Nikul V., Drozd M. Proceedings of the 14th International Conference TCSET’2018, LvivSlavsko, Ukraine, 2018, pp. 805–809, DOI: 10.1109/TCSET.2018.8336320.Drozd O., Perebeinos I., Martynyuk O., Zashcholkin K., Ivanova O., Drozd M. Hidden Fault Analysis of FPGA Projects for Critical Applications // Proc. of the IEEE Intern. Conf. on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), Lviv-Slavsko, Ukraine, 25—29 Febr. 2020. Paper 142. DOI: 10.1109/TCSET49122.2020.235591.Drozd O., Perebeinos I., Martynyuk O., Zashcholkin K., Ivanova O., Drozd M. Proceedings of the IEEE International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), 25–29 February 2020, Lviv-Slavsko, Ukraine, paper 142, DOI: 10.1109/TCSET49122.2020.235591.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.Gessel M., Morozov A.V., Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V. Automation and Remote Control, 2003, no. 1, pp. 153–161.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., USA, Princeton. 1996. P. 162—168.Saposhnikov Vl.V., Dmitriev A., Goessel M., Saposhnikov V.V. Proceedings of 14th IEEE VLSI Test Symposium, USA, Princeton, 1996, pp. 162–168.Аксёнова Г. П. Метод синтеза схем встроенного контроля для автоматов с памятью // Автоматика и телемеханика. 1973. № 2. С. 109—116.Aksyonova G.P. Automation and Remote Control, 1973, no. 2(34), pp. 267–273.Ефанов Д. В. Некоторые особенности обнаружения ошибок равномерными неразделимыми кодами // Изв. вузов. Приборостроение. 2019. Т. 62, № 7. С. 621—631. DOI: 10.17586/0021-3454-2019-62-7-621-631.Efanov D.V. Journal of Instrument Engineering, 2019, no. 7(62), pp. 621–631, DOI: 10.17586/0021-3454-2019-627-621-631. (in Russ.)Ефанов Д. В. Особенности обнаружения ошибок кодами Бордена // Электронное моделирование. 2019. Т. 41, № 6. С. 49—64. DOI: 10.15407/emodel.41.06.049.Efanov D.V. Electronic modeling, 2019, no. 6(41), pp. 49–64, DOI: 10.15407/emodel.41.06.049. (in Russ.)Saposhnikov V. V., Saposhnikov Vl. V., Morozov A., Goessel M. Osadchy G. Design of Totally Self-Checking Combinational Circuits by Use of Complementary Circuits // Proc. of the 2nd IEEE East-West Design & Test Symp. (EWDTS’2004), Crimea, Ukraine, Sept. 15—17, 2004. P. 83—87.Saposhnikov V.V., Saposhnikov Vl.V., Morozov A., Goessel M., Osadchy G. Proceedings of 2nd IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2004), Crimea, Ukraine, September 15–17, 2004, pp. 83-87.Гессель М., Морозов А. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Контроль комбинационных схем методом логического дополнения // Автоматика и телемеханика. 2005. № 8. С. 161—172.Goessel M., Morozov A.V., Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V. Automation and Remote Control, 2005, no. 8, pp. 1336–1346.Das D. K., Roy S. S., Dmitriev 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.Das D.K., Roy S.S., Dmitiriev A., Morozov A., Gössel M. Proceedings of the 10th International Workshops on Boolean Problems, Freiberg, Germany, September, 2012, pp. 33–40.Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Построение полностью самопроверяемых структур систем функционального контроля с использованием равновесного кода „1 из 3“ // Электронное моделирование. 2016. Т. 38, № 6. С. 25—43.Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V., Efanov D.V. Electronic modeling, 2016, no. 6(38), pp. 25–43.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.Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V., Efanov D.V. Control Sciences, 2017, no. 1, pp. 57–64. (in Russ.)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.Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V., Efanov D.V., Pivovarov D.V. Electronic modeling, 2017, no. 2(39), pp. 15–34.Morozov M., Saposhnikov V. V., Saposhnikov Vl. V., Goessel M. New Self-Checking Circuits by Use of Berger-Сodes // Proc. of the 6th IEEE Intern. On-Line Testing Workshop, Palma de Mallorca, Spain, 3—5 July 2000. P. 171—176.Morozov M., Saposhnikov V.V., Saposhnikov Vl.V., Goessel M. Proceedings of 6th IEEE International On-Line Testing 28.Nikolos D. Self-Testing Embedded Two-Rail Checkers // On-Line Testing for VLSI. 1998. Ch. 7. P. 69—79. DOI: 10.1007/978-1-4757-60-69-9_7.Nikolos D. Chapter 7 in On-Line Testing for VLSI, 1998, pp. 69–79, DOI 10.1007/978-1-4757-60-69-9_7.Ефанов Д. В. Метод логического дополнения для контроля комбинационных схем по двоичным разделимым кодам // Вестн. Ташкент. ин-та инженеров железнодорожного транспорта. 2019. № 2. С. 109—124.Efanov D.V. Vestnik Tashkentskogo instituta inzhenerov zheleznodorozhnogo transporta, 2019, no. 2, pp. 109–124.Efanov D. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. The Self-Checking Concurrent Error-Detection Systems Synthesis Based on the Boolean Complement to the Bose — Lin Codes with the Modulo Value M=4 // Electronic Modeling. 2021. Vol. 43, iss. 1. P. 28—45. DOI: 10.15407/emodel.43.01.028.Efanov D.V., Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V. Electronic Modeling, 2021, no. 1(43), pp. 28–45, DOI: 10.15407/emodel.43.01.028.Efanov D., Osadchy G., Zueva M. Specifics of Error Detection with Modular Sum Codes in Concurrent ErrorDetection Circuits Based on Boolean Complement Method // Proc. of the 19th IEEE East-West Design & Test Symp. (EWDTS’2021), Batumi, Georgia, Sept. 10—13, 2021. P. 59—69. DOI: 10.1109/EWDTS52692.2021.9581036.Efanov D., Osadchy G., Zueva M. Proceedings of 19th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2021), Batumi, Georgia, September 10-13, 2021, рр. 59—69. DOI: 10.1109/EWDTS52692.2021.9581036.Efanov D., Osadchy G., Zueva M. Special Aspects of Errors Definition via Sum Codes within Embedded Control Schemas Being Realized by Means of Boolean Complement Method // Proc. of the 11th IEEE Intern. Conf. on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS’2021), Cracow, Poland, Sept. 22—25, 2021. Vol. 1. P. 424—431. DOI: 10.1109/IDAACS53288.2021.9660837.Efanov D., Osadchy G., Zueva M. Proceedings of 11th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS’2021), Cracow, Poland, September 22–25, 2021, рр. 424—431. DOI: 10.1109/IDAACS53288.2021.9660837.Сагалович Ю.Л. Введение в алгебраические коды. М.: ИППИ РАН, 2010. 302 с.Sagalovich Yu.L. Vvedeniye v algebraicheskiye kody (Introduction to Algebraic Codes) Moscow, 2010, 302 р. (in Russ.)Efanov D., Plotnikov D., Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Abdullaev R. Experimental Studies of Polynomial Codes in Concurrent Error Detection Systems of Combinational Logical Circuits // Proc. of 16th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2018), Kazan, Russia, Sept. 14—17, 2018, P. 184—190. DOI: 10.1109/EWDTS.2018.8524684.Efanov D., Plotnikov D., Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Abdullaev R. Proceedings of 16th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2018), Kazan, Russia, September 14–17, 2018, pp. 184–190, DOI: 10.1109/EWDTS.2018.8524684.Abdullaev R. B., Efanov D. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. Polynomial Code with Detecting the Symmetric and Asymmetric Errors in the Data Vectors // Proc. of the 17th IEEE East-West Design & Test Symp. (EWDTS’2019), Batumi, Georgia, Sept. 13—16, 2019. P. 157—161. DOI: 10.1109/EWDTS.2019.8884451.Abdullaev R.B., Efanov D.V., Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V. Proceedings of 17th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2019), Batumi, Georgia, September 13–16, 2019, pp. 157–161, DOI: 10.1109/EWDTS.2019.8884451.Abdullaev R., Efanov D. Polynomial Codes Properties Application in Concurrent Error-Detection Systems of Combinational Logic Devices // Proc. of the 19th IEEE East-West Design & Test Symp. (EWDTS’2021), Batumi, Georgia, Sept. 10—13, 2021. P. 40—46. DOI: 10.1109/EWDTS52692.2021.9580992.Abdullaev R., Efanov D. Proceedings of 19th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2021), Batumi, Georgia, September 10–13, 2021, рр. 40—46. DOI: 10.1109/EWDTS52692.2021.9580992.Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Классификация ошибок в информационных векторах систематических кодов // Изв. вузов. Приборостроение. 2015. Т. 58, № 5. С. 333—343. DOI: 10.17586/00213454-2015-58-5-333-343.Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V., Efanov D.V. Journal of Instrument Engineering, 2015, no. 5(58), pp. 333–343, DOI: 10.17586/0021-3454-2015-58-5-333-343. (in Russ.)Ефанов Д. В., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Модифицированные коды с суммированием взвешенных переходов в системах функционального контроля комбинационных схем // Тр. ИСП РАН. 2017. Т. 29, № 5. С. 39—60. DOI: 10.15514/ISPRAS-2017-29(5)-3.Efanov D.V., Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V. Trudy ISP RAS (ISPRAS Proceedings), 2017, no. 5(29), рр. 39–60, DOI: 10.15514/ISPRAS-2017-29(5)-3. (in Russ.)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, Sept. 13—16, 2019. P. 136—143. DOI: 10.1109/EWDTS.2019.8884398.Efanov D., Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Osadchy G., Pivovarov D. Proceedings of 17th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2019), Batumi, Georgia, September 13–16, 2019, pp. 136–143, DOI: 10.1109/EWDTS.2019.8884398.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.