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
Россия
Россия
УДК 004.052.32 Контроль неисправностей
Исследуются особенности применения кодов Хэмминга при синтезе устройств автоматики с обнаружением неисправностей. Такие устройства подразумевают организацию схем встроенного контроля для обнаружения возникающих неисправностей косвенно по результатам вычислений значений рабочих функций. При реализации схемы встроенного контроля могут использоваться различные методы. В настоящем исследовании фокус смещен на вопросы синтеза схем встроенного контроля по методу логической коррекции сигналов (методу логического дополнения). Этот метод подразумевает преобразование всех или части сигналов, поступающих от объекта диагностирования, в схеме встроенного контроля таким образом, чтобы формируемое после блока коррекции сигналов кодовое слово принадлежало заранее выбранному блоковому равномерному коду. В исследовании рассматривается применение классических кодов Хэмминга для этих целей. Применение метода логической коррекции сигналов позволяет напрямую получать значения информационных символов кодовых слов кодов Хэмминга как значения на рабочих выходах объекта диагностирования, а проверочные символы получать путем коррекции сигналов с части рабочих выходов. Однако можно использовать также и преобразования значений рабочих функций для получения информационных символов, что расширяет число способов организации схемы встроенного контроля. В статье установлены ранее не известные абсолютные и относительные показатели обнаружения ошибок в кодовых словах кодами Хэмминга с учетом их разделения по видам (по числу искажений нулевых и единичных бит) и кратностям. Экспериментальные результаты с тестовыми комбинационными схемами подтверждают эффективность применения метода логической коррекции сигналов с контролем вычислений по кодам Хэмминга для синтеза схем встроенного контроля. Полученные в работе результаты расширяют теорию синтеза самопроверяемых цифровых устройств и вычислительных систем и на практике могут быть применены при совершенствовании методов синтеза устройств автоматики с обнаружением неисправностей.
устройства автоматики с обнаружением неисправностей, самопроверяемое цифровое устройство, метод логической коррекции сигналов, код Хэмминга, обнаружение ошибок в кодовых словах, необнаруживаемая ошибка, синтез схемы встроенного контроля
1. 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.
2. 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.
3. Сагалович Ю. Л. Кодовая защита оперативной памяти ЭВМ от ошибок / Ю. Л. Сага-лович // Автоматика и телемеханика. - 1991. - № 5. - С. 3-45.
4. Сапожников В. В. Самопроверяемые дискретные устройства / В. В. Сапожников, В. В. Сапожников. - СПб.: Энергоатомиздат, 1992. - 224 с.
5. Согомонян Е. С. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы / Е. С. Согомонян, Е. В. Слабаков. - М.: Радио и связь, 1989. - 208 с.
6. Сапожников В. В. Теория синтеза самопроверяемых цифровых систем на основе ко-дов с суммированием / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов. - СПб.: Лань, 2021. - 580 с.
7. Hamming R. W. Error Detecting and Correcting Codes / R. W. Hamming // Bell System Technical Journal. - 1950. - Iss. 29(2). - Pp. 147-160.
8. 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.
9. Ojiganov A. A. The Use of Hamming Codes in Digital Angle Converters Based on Pseudo-Random Code Scales / A. A. Ojiganov // Measurement Techniques. - 2015. - Vol. 58. - Iss. 5. - Pp. 512-519. - DOI:https://doi.org/10.1007/s11018-015-0746-7.
10. Nikitin D. Automatic Locomotive Signalization System Modification with Weight-Based Sum Codes / D. Nikitin, A. Manakov, A. Nikitin et al. // Proceedings of 15th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2017), Novi Sad, Serbia, September 29 - Octo-ber 2, 2017. - Pp. 332-336. - DOI:https://doi.org/10.1109/EWDTS.2017.8110099.
11. Demidenko S. Analysis and Generation of Test Sequences Based on Hamming Code and its Modifications / S. Demidenko, A. Ivanyukovich, L. Makhist // IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceedings, 24-27 April 2006, Sorrento, Italy. - DOI:https://doi.org/10.1109/IMTC.2006.328404.
12. Klockmann A. A New 3-bit Burst-Error Correcting Code / A. Klockmann, G. Georgakos, M. Goessel // IEEE 23rd International Symposium on On-Line Testing and Robust System Design (IOLTS), 3-5 July 2017, Thessaloniki, Greece. - DOI:https://doi.org/10.1109/IOLTS.2017.8046167.
13. Mukherjee C. Hamming Code Generators using LTEx Module of Quantum-dot Cellular Au-tomata / C. Mukherjee, S. Panda, B. Maji, A. K. Mukhopadhyay et al. // Devices for Inte-grated Circuit (DevIC), 23-24 March 2019, Kalyani, India. - DOI:https://doi.org/10.1109/DEVIC.2019.8783545.
14. Stempkovsky A. L. CICADA: A New Tool to Design Circuits with Correction and Detec-tion Abilities / A. L. Stempkovsky, T. D. Zhukova, D. V. Telpukhov et al. // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), 13-15 May 2021, Kazan, Russia. - Pp. 1-5. - DOI:https://doi.org/10.1109/SIBCON50419.2021.9438900.
15. Белоусов А. И. Дискретная математика / А. И. Белоусов, С. Б. Ткачев; под ред. В. С. Зарубина, А. П. Крищенко. - 3-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им Н. Э. Баумана, 2004. - 744 с.
16. Гессель М. Исследование комбинационных самопроверяемых устройств с независи-мыми и монотонно независимыми выходами / М. Гессель, А. А. Морозов, В. В. Са-пожников и др. // Автоматика и телемеханика. - 1997. - № 2. - С. 180-193.
17. Morosov A. Self-Checking Combinational Circuits with Unidirectionally Independent Out-puts / A. Morosov, V. V. Saposhnikov, Vl. V. Saposhnikov et al. // VLSI Design. - 1998. - Vol. 5. - Iss. 4. - Pp. 333-345. - DOI:https://doi.org/10.1155/1998/20389.
18. Сагалович Ю. Л. Обнаружение неисправностей в схемной реализации системы моно-тонных булевых функций / Ю. Л. Сагалович, В. Ю. Соломенников // Проблемы пере-дачи информации. - 1997. - Т. 33. - № 2. - С. 81-93.
19. Гессель М. Построение комбинационных самопроверяемых устройств с монотонно независимыми выходами / М. Гессель, А. А. Морозов, В. В. Сапожников и др. // Ав-томатика и телемеханика. - 1994. - № 7. - С. 148-160.
20. Ефанов Д. В. Синтез самопроверяемых комбинационных устройств на основе выде-ления специальных групп выходов / Д. В. Ефанов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапож-ников // Автоматика и телемеханика. - 2018. - № 9. - С. 79-94.
21. Ефанов Д. В. Предельные свойства кода Хэмминга в схемах функционального диа-гностирования / Д. В. Ефанов // Информатика и системы управления. - 2011. - № 3. - С. 70-79.
22. Сапожников В. В. Особенности применения кодов Хэмминга при организации само-проверяемых схем встроенного контроля / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. - 2018. - Т. 61. - №1. - С. 47-59. - DOI:https://doi.org/10.17586/0021-3454-2018-61-1-47-59.
23. 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.
24. Тельпухов Д. В. Применение кода Хэмминга в задаче повышения сбоеустойчивости комбинационных схем / Д. В. Тельпухов, Т. Д. Жукова, А. Н. Щелоков и др. // Изве-стия ЮФУ. Технические науки. - 2021. - № 4(221). - С. 220-231. - DOI:https://doi.org/10.18522/2311-3103-2021-4-220-231.
25. 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.
26. Saposhnikov Vl. V. Experimental Results for Self-Dual Multi-Output Combinational Circuits / Vl. V. Saposhnikov, V. Moshanin, V. V. Saposhnikov et al. // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications. - 1999. - Vol. 14. - Iss. 3. - Pp. 295-300. - DOI:https://doi.org/10.1023/A:1008370405607.
27. Dmitriev A. New Self-Dual Circuits for Error Detection and Testing / A. Dmitriev, V. Saposhnikov, Vl. Saposhnikov et al. // VLSI Design. - 2000. - Vol. 11. - Iss. 1. - Pp. 1-21. - DOI:https://doi.org/10.1155/2000/84720.
28. 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.
29. Das D. K. Constraint Don’t Cares for Optimizing Designs for Concurrent Checking by 1-out-of-3 Codes / D. K. Das, S. S. Roy, A. Dmitiriev et al. // Proceedings of the 10th Interna-tional Workshops on Boolean Problems, Freiberg, Germany, September, 2012. - Pp. 33-40.
30. Efanov D. Specifics of Error Detection with Modular Sum Codes in Concurrent Error-Detection Circuits Based on Boolean Complement Method / D. Efanov, G. Osadchy, M. Zueva // Proceedings of 19th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2021), Batumi, Georgia, September 10-13, 2021. - Pp. 59-69. - DOI:https://doi.org/10.1109/EWDTS52692.2021.9581036.
31. Efanov D. Special Aspects of Errors Definition via Sum Codes within Embedded Control Schemas Being Realized by Means of Boolean Complement Method / D. Efanov, G. Osadchy, M. Zueva // Proceedings of 11th IEEE International Conference on Intelligent Da-ta Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applica-tions (IDAACS’2021), Vol. 1, Cracow, Poland, September 22-25, 2021. - Pp. 424-431. - DOI:https://doi.org/10.1109/IDAACS53288.2021.9660837.
32. Ефанов Д. В. Особые свойства кодов Хэмминга, проявляющиеся при синтезе само-проверяемых цифровых устройств / Д. В. Ефанов // Известия высших учебных заве-дений. Приборостроение. - 2023. - Т. 66. - № 2. - С. 85-99. - DOI:https://doi.org/10.17586/0021-3454-2023-66-2-85-99.
33. Ефанов Д. В. Организация самопроверяемых цифровых устройств по методу логиче-ского дополнения с применением кодов Хэмминга / Д. В. Ефанов, Д. В. Пивоваров, Г. В. Осадчий и др. // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектрон-ных систем (МЭС). - 2022. - № 1. - С. 43-49. - DOI:https://doi.org/10.31114/2078-7707-2022-1-43-49.
34. Ефанов Д. В. Применение кодов с эффективным обнаружением ошибок в области малой кратности при синтезе схем встроенного контроля по методу логического до-полнения / Д. В. Ефанов, Д. В. Пивоваров, Г. В. Осадчий и др. // Информационные технологии. - 2022. - Т. 28. - № 6. - С. 283-293. - DOI:https://doi.org/10.17587/it.28.283-293.
35. Ефанов Д. В. Принципы формирования равномерных избыточных кодов для синтеза самопроверяемых комбинационных устройств на основе данных об их структурах / Д. В. Ефанов // Информационные технологии. - 2022. - Т. 28. - № 9. - С. 489-496. - DOI:https://doi.org/10.17587/it.28.489-496.
36. Collection of Digital Design Benchmarks. - URL: http:// ddd.fit.cvut.cz/www/prj/Benchmarks/.
37. Дмитриев В. В. Коды с суммированием с эффективным обнаружением двукратных ошибок для организации систем функционального контроля логических устройств / В. В. Дмитриев, Д. В. Ефанов, В. В. Сапожников и др. // Автоматика и телемеханика. - 2018. - № 4. - С. 105-122.
