Российский университет транспорта (МИИТ) (Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте», Профессор)
ООО «НИПИ «ТрансСтройбезопасность» (Заместитель генерального директора по научно-исследовательской работе)
Ташкентский государственный транспортный университет (Кафедра «Автоматика и телемеханика», Профессор)
Россия
УДК 004.052.32 Контроль неисправностей
Предложена структура организации самопроверяемых цифровых устройств с контролем вычислений по двум диагностическим параметрам. В качестве первого параметра используется принадлежность формируемого в схеме встроенного контроля кодового слова равновесному коду «2 из 4». Вторым параметром является принадлежность каждой вычисляемой функции классу самодвойственных булевых функций. Особенностью описываемой в статье структуры организации самопроверяемых цифровых устройств является наличие схемы предварительного сжатия сигналов от объекта диагностирования. Ее использование позволяет существенно сократить структурную избыточность конечного устройства. При этом, однако, на входах элементов сжатия могут маскироваться ошибки. В статье отмечаются особенности выбора выходов объекта диагностирования, сигналы с которых будут сжиматься, и предлагается алгоритм, позволяющий минимизировать риск возникновения необнаруживаемых ошибок на входах схемы сжатия. Приведен алгоритм синтеза схемы встроенного контроля по двум диагностическим параметрам, учитывающий условия формирования полного множества проверяющих комбинаций для тестеров и элементов преобразования в блоке коррекции сигналов. Рассмотрен пример реализации алгоритма синтеза полностью самопроверяемого устройства в Logisim. Отмечаются ключевые особенности схемы встроенного контроля, реализуемой по предлагаемой структуре. Способ организации контроля вычислений по двум диагностическим параметрам представляет интерес при синтезе полностью самопроверяемых цифровых вычислительных устройств и систем.
самопроверяемая схема встроенного контроля, контроль вычислений комбинационными устройствами, предварительное сжатие сигналов, кодовый метод контроля вычислений, контроль самодвойственности функций
1. Mikoni S. Top Level Diagnostic Models of Complex Objects / S. Mikoni // Lecture Notes in Networks and Systems. - 2022. - Vol. 442. - Pp. 238-249. - DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-030-98832-6_21.
2. Матросова А. Ю. Построение последовательности, обнаруживающей робастно тести-руемые неисправности задержек путей в схемах с памятью / А. Ю. Матросова, С. В. Чернышов, О. Х. Ким и др. // Автоматика и телемеханика. - 2021. - № 11. - С. 148-168. - DOI:https://doi.org/10.31857/S0005231021110106.
3. Слабаков Е. В. Самопроверяемые вычислительные устройства и системы (обзор) / Е. В. Слабаков, Е. С. Согомонян // Автоматика и телемеханика. - 1981. - № 11. - С. 147-167.
4. Микони С. В. Общие диагностические базы знаний вычислительных систем / С. В. Микони. - СПб.: СПИИРАН, 1992. - 234 с.
5. Lala P. K. Self-Checking and Fault-Tolerant Digital Design / P. K. Lala. - San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 2001. - 216 p.
6. Fujiwara E. Code Design for Dependable Systems: Theory and Practical Applications / E. Fujiwara. - John Wiley & Sons, 2006. - 720 p.
7. Дрозд А. В. Рабочее диагностирование безопасных информационно-управляющих систем / А. В. Дрозд, В. С. Харченко, С. Г. Антощук и др.; под ред. А. В. Дрозда и В. С. Харченко. - Харьков: Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «ХАИ», 2012. - 614 с.
8. Пархоменко П. П. Основы технической диагностики (оптимизация алгоритмов диа-гностирования, аппаратурные средства) / П. П. Пархоменко, Е. С. Согомонян. - М.: Энергоатомиздат, 1981. - 320 с.
9. Согомонян Е. С. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы / Е. С. Согомонян, Е. В. Слабаков. - М.: Радио и связь, 1989. - 208 с.
10. Гессель М. Контроль комбинационных схем методом логического дополнения / М. Гессель, А. В. Морозов, В. В. Сапожников и др. // Автоматика и телемеханика. - 2005. - № 8. - С. 161-172.
11. Nicolaidis M. On-Line Testing for VLSI - А Compendium of Approaches / M. Nicolaidis, Y. Zorian // Journal of Electronic Testing: Theory and Application. - 1998. - Vol. 12. - Iss. 1-2. - Pp. 7-20. - DOI:https://doi.org/10.1023/A:1008244815697.
12. Мехов В. Б. Контроль комбинационных схем на основе модифицированных кодов с суммированием / В. Б. Мехов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. - 2008. - № 8. - С. 153-165.
13. Гаврилов С. В. Применение теории кодирования для повышения помехозащищенно-сти комбинационных схем / С. В. Гаврилов, С. И. Гуров, Т. Д. Жукова и др. // Инфор-мационные технологии. - 2016. - Т. 22. - № 12. - С. 931-937.
14. Tshagharyan G. Experimental Study on Hamming and Hsiao Codes in the Context of Em-bedded Applications / G. Tshagharyan, G. Harutyunyan, S. Shoukourian et al. // Proceedings of 15th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2017), Novi Sad, Serbia, Sep-tember 29 - October 2, 2017. - Pp. 25-28. - DOI:https://doi.org/10.1109/EWDTS.2017.8110065.
15. Пашуков А. В. Синтез устройств управления объектами напольной автоматизации железнодорожного транспорта на программируемых логических интегральных схе-мах / А. В. Пашуков // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектрон-ных систем (МЭС). - 2021. - № 1. - С. 61-69. - DOI:https://doi.org/10.31114/2078-7707-2021-1-61-69.
16. Reynolds D. A. Fault Detection Capabilities of Alternating Logic / D. A. Reynolds, G. Meize // IEEE Transactions on Computers. - 1978. - Vol. C-27. - Iss. 12. - Pp. 1093-1098.
17. Göessel M. New Methods of Concurrent Checking: Edition 1 / M. Göessel, V. Ocheretny, E. Sogomonyan et al. - Dordrecht: Springer Science+Business Media B. V., 2008. - 184 p.
18. Сапожников В. В. Коды Хэмминга в системах функционального контроля логиче-ских устройств / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов. - СПб.: Наука, 2018. - 151 с.
19. Сапожников В. В. Коды с суммированием для систем технического диагностирова-ния. Т. 1: Классические коды Бергера и их модификации / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов. - М.: Наука, 2020. - 383 с.
20. Сапожников В. В. Коды с суммированием для систем технического диагностирова-ния. Т. 2: Взвешенные коды с суммированием / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожни-ков, Д. В. Ефанов. - М.: Наука, 2021. - 455 с.
21. Яблонский С. В. Введение в дискретную математику: учеб. пособие для вузов / С. В. Яблонский; под ред. В. А. Садовничева. 4-е изд., стер. - М.: Высшая школа, 2003. - 384 с.
22. Аксенова Г. П. Восстановление в дублированных устройствах методом инвертирова-ния данных / Г. П. Аксенова // Автоматика и телемеханика. - 1987. - № 10. - С. 144-153.
23. Saposhnikov Vl. V. Self-Dual Parity Checking - a New Method for on Line Testing / Vl. V. Saposhnikov, A. Dmitriev, M. Goessel et al. // Proceedings of 14th IEEE VLSI Test Symposium. - USA, Princeton, 1996. - Pp. 162-168.
24. Гессель М. Обнаружение неисправностей в самопроверяемых комбинационных схе-мах с использованием свойств самодвойственных функций / М. Гессель, В. И. Моша-нин, В. В. Сапожников и др. // Автоматика и телемеханика. - 1997. - № 12. - С. 193-200.
25. Гессель М. Самотестируемая структура для функционального обнаружения отказов в комбинационных схемах / М. Гессель, А. В. Дмитриев, В. В. Сапожников и др. // Ав-томатика и телемеханика. - 1999. - № 11. - С. 162-174.
26. Гессель М. Построение самопроверяемых комбинационных схем на основе свойств самодвойственных функций / М. Гессель, А. А. Морозов, В. В. Сапожникв и др. // Автоматика и телемеханика. - 2000. - № 2. - С. 151-163.
27. Гессель М. Обнаружение неисправностей в комбинационных схемах с помощью са-модвойственного контроля / М. Гессель, А. В. Дмитриев, В. В. Сапожников и др. // Автоматика и телемеханика. - 2000. - № 7. - С. 140-149.
28. Гессель М. Исследование свойств самодвойственных самопроверяемых многотакт-ных схем / М. Гессель, А. В. Дмитриев, В. В. Сапожников и др.// Автоматика и теле-механика. - 2001. - № 4. - С. 148-159.
29. Сапожников В. В. Самодвойственные дискретные устройства / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, М. Гессель. - СПб: Энергоатомиздат (Санкт-Петербургское от-деление), 2001. - 331 с.
30. Сапожников В. В. Синтез самодвойственных дискретных систем / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Р. Ш. Валиев. - СПб: Элмор, 2006. - 220 с.
31. Efanov D. Self-Dual Complement Method up to Constant-Weight Codes for Arrangement of Combinational Logical Circuits Concurrent Error-Detection Systems / D. Efanov, V. Sapozhnikov, Vl. Sapozhnikov et al. // Proceedings of 17th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2019), Batumi, Georgia, September 13-16, 2019. - Pp. 136-143. - DOI:https://doi.org/10.1109/EWDTS.2019.8884398.
32. Ефанов Д. В. Метод функционального контроля комбинационных логических устройств на основе самодвойственного дополнения до равновесных кодов / Д. В. Ефанов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников и др. // Электронное моделирование. - 2020. - Т. 42. - № 3. - С. 27-52. - DOI:https://doi.org/10.15407/emodel.42.03.027.
33. Efanov D. V. Organization of Testing of Combinational Devices Based on Boolean Com-plement to Constant-Weight “1-out-of-4” Code with Signal Compression / D. Efanov, V. Sapozhnikov, Vl. Sapozhnikov // Automatic Control and Computer Sciences. - 2021. - Vol. 55. - Iss. 2. - Pp. 113-124. - DOI:https://doi.org/10.3103/S014641162102005X.
34. Гессель М. Логическое дополнение - новый метод контроля комбинационных схем / М. Гессель, А. В. Морозов, В. В. Сапожников и др. // Автоматика и телемеханика. - 2003. - № 1. - С. 167-176.
35. Piestrak S. J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes / S. J. Piestrak. - Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocłavskiej, 1995. - 111 p.
36. Сапожников В. В. Самопроверяемые дискретные устройства / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников. - СПб: Энергоатомиздат, 1992. - 224 с.
37. Carter W. C. Self-Checking Error Checker for Two-Rail Coded Data / W. C. Carter, K. A. Duke, P. R. Schneider // United States Patent Office, filed July 25, 1968. - Ser. No. 747533, patented Jan. 26, 1971. N. Y. - 10 p.
38. Ефанов Д. В. Синтез самопроверяемых комбинационных устройств с контролем вы-числений по двум диагностическим параметрам / Д. В. Ефанов, Д. В. Пивоваров // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. - 2022. - Т. 65. - № 7. - С. 461-477. - DOI:https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-7-461-477.
39. Ефанов Д. В. Организация схем встроенного контроля на основе метода логического дополнения с предварительным преобразованием рабочих функций в контрольные векторы кодов Бергера / Д. В. Ефанов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Ин-формационные технологии. - 2021. - Т. 27. - № 6. - С. 306-313. - DOI:https://doi.org/10.17587/it.27.306-313.
40. Ефанов Д. В. Синтез схем встроенного контроля на основе метода логического до-полнения с предварительным сжатием сигналов рабочих функций / Д. В. Ефанов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Вестник Томского государственного уни-верситета. Управление, вычислительная техника и информатика. - 2021. - № 1. - С. 97-115. - DOI:https://doi.org/10.17223/19988605/54/12.
41. Аксенова Г. П. Необходимые и достаточные условия построения полностью проверя-емых схем свертки по модулю 2 / Г. П. Аксенова // Автоматика и телемеханика. - 1979. - № 9. - С. 126-135.
42. Efanov D. V. Synthesis of Built-in Self-Test Control Circuits Based on the Method of Bool-ean Complement to Constant-Weight 1-out-of-n Codes / D. V. Efanov, V. V. Sapozhnikov, Vl. V. Sapozhnikov et al. // Automatic Control and Computer Sciences. - 2019. - Vol. 53. - Iss. 6. - Pp. 481-491. - DOI:https://doi.org/10.3103/S014641161906004X.
43. Zakrevskij A. Optimization in Boolean Space / A. Zakrevskij, Yu. Pottosin, L. Cheremisino-va. - Tallinn: TUT Press, 2009. - 241 p.
44. Sentovich E. M. Sequential Circuit Design Using Synthesis and Optimization / E. M. Sen-tovich, K. J. Singh, C. Moon et al. // Proceedings IEEE International Conference on Com-puter Design: VLSI in Computers & Processors, 11-14 October 1992, Cambridge, MA, USA. - Pp. 328-333. - DOI:https://doi.org/10.1109/ICCD.1992.276282.
45. Sentovich M. SIS: A System for Sequential Circuit Synthesis / E. M. Sentovich, K. J. Singh, L. Lavagno et al. // Electronics Research Laboratory, Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of California, Berkeley, 4 May 1992. - 45 p.
46. Collection of Digital Design Benchmarks. - URL: http:// ddd.fit.cvut.cz/www/prj/Benchmarks/.
47. Efanov D. V. The Hybrid Structure of a Self-Dual Built-In Control Circuit for Combina-tional Devices with Pre-Compression of Signals and Checking of Calculations by Two Diag-nostic Parameters / D. V. Efanov, D. V. Pivovarov // Proceedings of 19th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2021), Batumi, Georgia, September 10-13, 2021. - Pp. 200-206. - DOI:https://doi.org/10.1109/EWDTS52692.2021.9581019.
48. Drozd O. Hidden Fault Analysis of FPGA Projects for Critical Applications / O. Drozd, I. Perebeinos, O. Martynyuk et al. // Proceedings of the IEEE International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), 25-29 February 2020. - Lviv-Slavsko, Ukraine. - P. 142. - DOI:https://doi.org/10.1109/TCSET49122.2020.235591.
49. Drozd A. Checkability of the Digital Components in Safety-Critical Systems: Problems and Solutions / A. Drozd, V. Kharchenko, S. Antoshchuk et al. // Proceedings of 9th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2011). - Sevastopol, Ukraine, 2011. - Pp. 411-416. - DOI:https://doi.org/10.1109/EWDTS.2011.6116606.
50. Сапожников Вл. В. Синтез систем управления движением поездов на железнодорож-ных станциях с исключением опасных отказов / Вл. В. Сапожников. - М.: Наука, 2021. - 229 с.
