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
УДК 681.518.5 Системы автоматического контроля и технической диагностики
Предложено при синтезе самопроверяемых цифровых устройств на основе логической коррекции сигналов применять взвешенные коды Боуза – Лина, принципы построения которых подразумевают предварительное взвешивание информационных символов натуральными числами. Предложены две «базовые» структуры для синтеза схем встроенного контроля для групп из шести выходов объекта диагностирования. Структуры основаны на использовании взвешенных кодах Боуза – Лина с суммированием в кольце вычетов по модулю M=4. Таких помехозащищенных кодов с числом информационных символов m=4 существует 15, что позволяет выбирать в качестве базового кода в схеме встроенного контроля наилучший вариант по различным критериям, в том числе, добиваться достижения свойства самопроверяемости даже в случаях, когда этого невозможно получить путем использования «традиционных» подходов, включая дублирование. Разработаны два алгоритма синтеза схем встроенного контроля на основе логической коррекции сигналов, позволяющие использовать коррекцию только двух из шести функций в базовой структуре. Для базовых структур существует 720 способов построения схемы встроенного контроля на основе логической коррекции сигналов с применением каждого взвешенного кода Боуза – Лина, что дает возможность выбора наилучшего способа реализации самопроверяемого устройства с учетом различных показателей (структурной избыточности, контролепригодности и пр.). Работа алгоритмов продемонстрирована на простых примерах. Приведены результаты экспериментов с тестовыми цифровыми схемами из набора MCNC Benchmarks, подтверждающие эффективность разработанных алгоритмов. Показано, что при большом числе выходов существует астрономическое количество способов организации схем встроенного контроля, что дает возможность построения самопроверяемых устройств с различными характеристиками. Использование логической коррекции сигналов с применением взвешенных кодов Боуза – Лина может использоваться при разработке и проектировании самопроверяемых цифровых устройств на различной элементной базе.
тестирование цифровых схем, самопроверяемое устройство, схема встроенного контроля, логическая коррекция сигналов, взвешенный код с суммированием, взвешенный код Боуза – Лина
1. Sogomonyan E. S., Slabakov E. V. Samoproveryaemye ustrojstva i otkazoustojchivye sistemy. - M.: Radio i svyaz’, 1989. - 208 s.
2. Mitra S., McCluskey E. J. Which Concurrent Error Detection Scheme to Shoose? // Proceedings of International Test Conference, 2000, USA, Atlantic City, NJ, 03-05 October 2000. - Pp. 985-994. - DOI: 10.1109/ TEST.2000.894311.
3. Stempkovskij A. L., Tel’puhov D. V., ZHukova T. D., Demeneva A. I., Nadolenko V. V., Gurov S. I. Sintez skhemy funkcional’nogo kontrolya na osnove spektral’nogo R-koda s razbieniem vyhodov na gruppy // Mikroelektronika. - 2019. - T. 48. - № 4. - S. 284-294.
4. Stempkovsky A. L., Zhukova T. D., Telpukhov D. V., Gurov S. I. CICADA: A New Tool to Design Circuits with Correction and Detection Abilities // 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.
5. Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V., Efanov D. V. Teoriya sinteza samoproveryaemyh cifrovyh sistem na osnove kodov s summirovaniem. - SPb.: Lan’, 2021. - 580 s.
6. Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. Samoproveryaemye diskretnye ustrojstva. - SPb.: Energoatomizdat, 1992, 224 s.
7. Piestrak S. J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes. - Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocłavskiej, 1995. - 111 p.
8. Ostanin S. A., Matrosova A. YU., Butorina N. B., Grebnev A. O. Sintez monotonnyh detektorov dlya podmnozhestva ravnovesnyh kodov // Izvestiya vuzov. Fizika. - 2016. - T. 59. - № 8-2. - S. 79-81.
9. Butorina N., Burkatovskaya Yu., Pakhomova E. On the Self-Testing (m, n)-code Checker Design // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 1019, 14th International Forum on Strategic Technology (IFOST 2019) 14th-17th October 2019, Tomsk, Russian Federation. - Pp. 336-340. - DOI:https://doi.org/10.1088/1757-899X/1019/1/012098.
10. Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V., Dmitriev A. V., Morozov A. V., Gessel’ M. Organizaciya funkcional’nogo kontrolya kombinacionnyh skhem metodom logicheskogo dopolneniya // Elektronnoe modelirovanie. - 2002. - Tom 24. - № 6. - S. 52-66.
11. Gessel’ M., Morozov A. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. Logicheskoe dopolnenie - novyj metod kontrolya kombinacionnyh skhem // Avtomatika i telemekhanika. - 2003. - № 1. - S. 167-176.
12. Gessel’ M., Morozov A. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. Kontrol’ kombinacionnyh skhem metodom logicheskogo dopolneniya // Avtomatika i telemekhanika. - 2005. - № 8. - S. 161-172.
13. 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.
14. Morosow, A., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V., Goessel M. Self-Checking Combinational Circuits with Unidirectionally Independent Outputs // VLSI Design. - 1998. - Vol. 5. - Issue 4. - Pp. 333-345. - DOI:https://doi.org/10.1155/1998/20389.
15. Efanov D. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. Usloviya obnaruzheniya neispravnosti logicheskogo elementa v kombinacionnom ustrojstve pri funkНАЗВАНИЕ
16. Efanov D. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. Organization of a Fully Self-Checking Structure of a Combinational Device Based on Searching for Groups of Symmetrically Independent Outputs // Automatic Control and Computer Sciences. - 2020. - Vol. 54. - Issue 4. - Pp. 279-290. - DOI: 10.3103/ S0146411620040045.
17. Efanov D. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. Modificirovannye kody s summirovaniem vzveshennyh perekhodov v sistemah funkcional’nogo kontrolya kombinacionnyh skhem // Trudy Instituta sistemnogo programmirovaniya RAN. - 2017. - Tom 29. - № 5. - S. 39-60. - DOI: 10.15514/ ISPRAS-2017-29(5)-3.
18. 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 // Proceedings of the 10th International Workshops on Boolean Problems, Freiberg, Germany, September, 2012. - Pp. 33-40.
19. Pivovarov D. V. Postroenie sistem funkcional’nogo kontrolya mnogovyhodnyh kombinacionnyh skhem metodom logicheskogo dopolneniya po ravnovesnym kodam // Avto-matika na transporte. - 2018. - Tom 4. - № 1. - S. 131-149.
20. Saposhnikov Vl. V., Dmitriev A., Goessel M., Saposhnikov V. V. Self-Dual Parity Checking - a New Method for on Line Testing // Proceedings of 14th IEEE VLSI Test Symposium, USA, Princeton, 1996. - Pp. 162-168.
21. Gessel’ M., Dmitriev A. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V. Samotestiruemaya struktura dlya funkcional’nogo obnaruzheniya otkazov v kombinacionnyh skhemah // Avtomatika i telemekhanika. - 1999. - № 11. - S. 162-174.
22. Morozov M., Saposhnikov V. V., Saposhnikov Vl. V., Goessel M. New Self-Checking Circuits by Use of Berger-codes // Proceedings of 6th IEEE International On-Line Testing Workshop, Palma De Mallorca, Spain, 3-5 July 2000. - Pp. 171-176.
23. Efanov D. V., Pogodina T. S. Issledovanie svojstv samodvojstvennyh kombinacionnyh ustrojstv s kontrolem vychislenij na osnove kodov Hemminga // Informatika i avtomatizaciya. - 2023. - Tom 22. - № 2. - C. 349-392. - DOI:https://doi.org/10.15622/ia.22.2.5.
24. Efanov D. V. Osobennosti realizacii samoproveryaemyh struktur na osnove metoda invertirovaniya dannyh i linejnyh kodov // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Upravlenie, vychislitel’naya tekhnika i informatika. - 2023. - № 65. - S. 126-138. - DOI:https://doi.org/10.17223/19988605/65/13.
25. Freiman C. V. Optimal Error Detection Codes for Completely Asymmetric Binary Channels // Information and Control. - 1962. - Vol. 5, issue 1. - Pp. 64-71. - DOI:https://doi.org/10.1016/S0019-9958(62)90223-1.
26. Efanov D. V., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V., Pivovarov D. V. The Synthesis Conditions of Completely Self-Testing Embedded-Control Circuits Based on the Boolean Complement Method to the «1-out-of-m» Constant-Weight Code // Automatic Control and Computer Sciences. - 2020. - Vol. 54. - Issue 2. - Pp. 89-99. - DOI:https://doi.org/10.3103/S0146411620020042.
27. Berger J. M. A Note on Error Detection Codes for Asymmetric Channels // Information and Control. - 1961. - Vol. 4, Issue 1. - Pp. 68-73. - DOI:https://doi.org/10.1016/S0019-9958(61)80037-5.
28. Carter W. C., Duke K. A., Schneider P. R. Self-Checking Error Checker for Two-Rail Coded Data // United States Patent Office, filed July 25, 1968, ser. No. 747533, patented Jan. 26, 1971, N. Y., 10 p.
29. 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 // Proceedings of 11th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS’2021), Vol. 1, Cracow, Poland, September 22-25, 2021. - Pp. 424-431. - DOI:https://doi.org/10.1109/IDAACS53288.2021.9660837.
30. 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. - Issue 1. - Pp. 28-45. - DOI:https://doi.org/10.15407/emodel. 43.01.028.
31. Efanov D., Osadchy G., Zueva M. Specifics of Error Detection with Modular Sum Codes in Concurrent Error-Detection Circuits Based on Boolean Complement Method // 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.
32. Bose B., Lin D. J. Systematic Unidirectional Error-Detection Codes // IEEE Transaction on Computers. - Vol. C-34, Nov. 1985. - Pp. 1026-1032.
33. Das D., Touba N. A., Seuring M., Gossel M. Low Cost Concurrent Error Detection Based on Modulo Weight-Based Codes // Proceedings of the IEEE 6th International On-Line Testing Workshop (IOLTW), Spain, Palma de Mallorca, July 3-5, 2000. - Pp. 171-176. - DOI:https://doi.org/10.1109/OLT.2000.856633.
34. Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V., Efanov D. V. Ob odnom klasse kodov, prigodnyh dlya sinteza sistem funkcional’nogo kontrolya logicheskih ustrojstv // Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putej soobshcheniya. - 2014. - № 2. - S. 48-58.
35. Aksyonova G. P. Neobhodimye i dostatochnye usloviya postroeniya polnost’yu proveryaemyh skhem svertki po modulyu 2 // Avtomatika i telemekhanika. - 1979. - № 9. - S. 126-135.
36. Sentovich E. M., Singh K. J., Moon C., Savoj H., Brayton R. K., Sangiovanni-Vincentelli A. Sequential Circuit Design Using Synthesis and Optimization // Proceedings IEEE International Conference on Computer Design: VLSI in Computers & Processors, 11-14 October 1992, Cambridge, MA, USA. - Pp. 328-333. - DOI:https://doi.org/10.1109/ICCD.1992.276282.
37. SIS: A System for Sequential Circuit Synthesis / E. M. Sentovich, K. J. Singh, L. Lavagno, C. Moon, R. Murgai, A. Saldanha, H. Savoj, P. R. Stephan, R. K. Brayton, A. Sangiovanni-Vincentelli // Electronics Research Laboratory, Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of California, Berkeley, 4 May 1992, 45 p.
38. Zakrevskij A. D., Pottosin YU. V., CHeremisinova L. D. Logicheskie osnovy proektirovaniya diskretnyh ustrojstv. - M.: Fizmatlit, 2007. - 592 s.
39. Efanov D. V. Sintez samoproveryaemyh kombinacionnyh ustrojstv na osnove metoda logicheskoj korrekcii signalov s primeneniem kodov Bouza - Lina // Informacionnye tekhnologii. - 2023. - Tom 29. - № 10. - S. 503-511. - DOI:https://doi.org/10.17587/it.29.503-511.
40. McElvain K. IWLS’93 Benchmark Set: Version 4.0. - Distributed as a part of IWLS’93 benchmark set, May 1993.
41. Collection of Digital Design Benchmarks. [Elektronnyj resurs]. URL: https://ddd. fit.cvut.cz/www/prj/Benchmarks/ (data obnovleniya: 10.02.2024).
42. Efanov D. V., Yelina Y. I. Synthesis of Concurrent Error-Detection Circuits Based on Boolean Signals Correction Using Modular Weight-Based Sum Codes // Proceedings of the 2024 Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EICon), 29-30 January 2024, St. Petersburg, Russia. - Pp. 350-355.
