Самодвойственные функциональные элементы для синтеза контролепригодных цифровых систем

Ефанов Дмитрий Викторович; Погодина Татьяна Сергеевна

doi:10.20295/2412-9186-2023-9-02-205-221

УДК 681.518.5 УДК 004.052.32

Ещё 2 Свернуть

САМОДВОЙСТВЕННЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ СИНТЕЗА КОНТРОЛЕПРИГОДНЫХ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ Самодвойственные функциональные элементы для синтеза контролепригодных цифровых систем

АА Аа

Опубликовано в Автоматика на транспорте · Том 9, Номер 2 · Страницы 205–221 · Рубрика: ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И КОНТРОЛЕПРИГОДНЫЕ СИСТЕМЫ

DOI: https://doi.org/10.20295/2412-9186-2023-9-02-205-221

Получено: 12.06.2023 Одобрено: 13.06.2023 Опубликовано: 13.06.2023

Авторы

ЕФ

Ефанов Дмитрий Викторович

ПО

Погодина Татьяна Сергеевна

ЕФ

Ефанов Дмитрий Викторович

Ученая степень: доктор технических наук

Ученое звание: профессор

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Профессор · Высшая школа управления киберфизическими системами, Институт компьютерных наук и кибербезопасности · Россия

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Профессор · Высшая школа транспорта, Института машиностроения, материалов и транспорта · Россия · Санкт-Петербург

Российский университет транспорта (МИИТ) Профессор · Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» · Россия · Москва

Ташкентский государственный транспортный университет Профессор · Кафедра «Автоматика и телемеханика» · Узбекистан · Ташкент

Институт проблем транспорта им. Н. С. Соломенко Российской Академии наук Ведущий научный сотрудник · Лаборатория проблем организации транспортных систем (лаборатория № 5) · Россия

ПО

Погодина Татьяна Сергеевна

Российский университет транспорта (МИИТ) Студент · Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» · Россия · Москва

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены все самодвойственные аналоги элементарных функциональных элементов, использование которых позволяет синтезировать самодвойственные схемные реализации произвольных булевых функций. При этом может быть применено два способа синтеза, каждый из которых основан на том свойстве, что любую булеву функцию можно преобразовать в самодвойственную с использованием одной дополнительной переменной. Первый состоит в замене в структуре устройства всех несамодвойственных функциональных элементов самодвойственными аналогами. Второй состоит в получении самодвойственной функции по исходной формуле. В работе проведено моделирование самодвойственных функциональных элементов в импульсном режиме работы. Показано, что все самодвойственные функциональные элементы, кроме элементов, реализующих функции равнозначности и неравнозначности (сложения по модулю два), являются полностью самопроверяемыми относительно одиночных константных неисправностей при контроле вычислений на основе принадлежности формируемых функций классу самодвойственных булевых функций. Элементы же, реализующие упомянутые функции, требуется дополнительно контролировать. Для них неисправности не тестируются, поскольку происходят при одновременном искажении сигналов на обеих комбинациях в паре. Эту особенность данных самодвойственных функциональных элементов следует учитывать при разработке контролепригодных самопроверяемых цифровых вычислительных устройств и систем. В статье приводится пример применения способов построения самодвойственных схемных реализаций. Полученные результаты могут быть использованы при синтезе контролепригодных самодвойственных вычислительных устройств и систем.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

самодвойственная булева функция, контроль вычислений, контролепригодное устройство, контроль самодвойственности, самопроверяемая схема

Текст

Текст (PDF)

Читать Скачать

1. Стемпковский А. Л. Методы проектирования помехозащищенных комбинационных КМОП-схем, обеспечивающие автоматическое исправление ошибок / А. Л. Стемпковский, С. В. Гаврилов, С. И. Гуров и др. // Информационные технологии. - 2017. - Т. 23. - № 10. - С. 728-735.

2. Бестемьянов П. Ф. Методы обеспечения безопасности аппаратных средств микропроцессорных систем управления движением поездов / П. Ф. Бестемьянов // Электротехника. - 2020. - № 9. - С. 2-8.

3. Тельпухов Д. В. Алгоритм логического синтеза сбоеустойчивых схем в технологическом базисе / Д. В. Тельпухов, В. В. Надоленко // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). - 2021. - № 4. - С. 52-58. - DOI:https://doi.org/10.31114/2078-7707-2021-4-52-58.

4. Lala P. K. An Introduction to Logic Circuit Testing / P. K. Lala. - Morgan & Claypool, Texas A&M University-Texarkana, 2009. - 99 p. - DOI:https://doi.org/10.2200/S00149ED1V01Y200808DCS017.

5. 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.

6. Dubrova E. Fault-Tolerant Design / E. Dubrova. - Springer Science + Business Media New York 2013, 2013, XV + 185 p. - DOI:https://doi.org/10.1007/978-1-4614-2113-9.

7. Ярмолик В. Н. Контроль и диагностика вычислительных систем / В. Н. Ярмолик. - Минск: Бестпринт, 2019. - 387 с.

8. Согомонян Е. С. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы / Е. С. Согомонян, Е. В. Слабаков. - М.: Радио и связь, 1989. - 208 с.

9. Сапожников В. В. Основы теории надежности и технической диагностики / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов. - СПб.: Лань, 2019. - 588 с.

10. Lala P. K. Self-Checking and Fault-Tolerant Digital Design / P. K. Lala. - San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 2001. - 216 p.

11. 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.

12. Reynolds D. Optimal NOR Networks for Self-Dual Functions of Four Variables / D. Reyn-olds, G. Metze. - Technical Report, Illinois University, Urbana-Champaign, Coordinated Science Lab., May 1976, 19 p.

13. Reynolds D. A. The Design of Alternating Logic Systems with Fault Detection Capabilities / D. A. Reynolds. - M. S. Thesis Illinois University, Urbana-Champaign, Coordinated Sci-ence Lab., August 1976.

14. 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. - DOI:https://doi.org/10.1109/TC.1978.1675011.

15. Biernat J. Self-Dual Modules in Design of Dependable Digital Devices / J. Biernat // Interna-tional Conference on Dependability of Computer Systems, 25-27 May 2006, Szklarska Poreba, Poland. - DOI:https://doi.org/10.1109/DEPCOS-RELCOMEX.2006.50.

16. Rai S. DiSCERN: Distilling Standard-Cells for Emerging Reconfigurable Nanotechnologies / S. Rai, M. Raitza, S. S. Sahoo et al. // Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE), 09-13 March 2020, Grenoble, France. - DOI:https://doi.org/10.23919/DATE48585.2020.9116216.

17. Аксенова Г. П. Восстановление в дублированных устройствах методом инвертирования данных / Г. П. Аксенова // Автоматика и телемеханика. - 1987. - № 10. - С. 144-153.

18. 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.

19. Гессель М. Самотестируемая структура для функционального обнаружения отказов в комбинационных схемах / М. Гессель, А. В. Дмитриев, В. В. Сапожников и др. // Автоматика и телемеханика. - 1999. - № 11. - С. 162-174.

20. 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.

21. Гессель М. Обнаружение неисправностей в комбинационных схемах с помощью самодвойственного контроля / М. Гессель, А. В. Дмитриев, В. В. Сапожников и др. // Автоматика и телемеханика. - 2000. - № 7. - С. 140-149.

22. Сапожников В. В. О синтезе самодвойственных логических схем с памятью / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Р. Ш. Валиев // Электронное моделирование. - 2004. - Т. 26. - № 2. - С. 39-56.

23. Сапожников В. В. Самодвойственные дискретные устройства / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, М. Гессель. - СПб.: Энергоатомиздат (Санкт-Петербургское отделение), 2001. - 331 с.

24. Сапожников В. В. Синтез самодвойственных дискретных систем / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Р. Ш. Валиев. - СПб.: Элмор, 2006. - 220 с.

25. Ефанов Д. В. Обнаружение неисправностей в комбинационных схемах на основе самодвойственного дополнения до равновесных кодов / Д. В. Ефанов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников и др. // Труды Института системного программирования РАН. - 2019. - Т. 31. - № 1. - С. 115-132. - DOI:https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2019-31(1)-8.

26. 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.

27. Ефанов Д. В. Самодвойственный контроль комбинационных схем с применением кодов Хэмминга / Д. В. Ефанов, Т. С. Погодина // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). - 2022. - № 3. - С. 113-122. - DOI:https://doi.org/10.31114/2078-7707-2022-3-113-122.

28. Efanov D. V. Self-Dual Digital Devices with Calculations Testing by Modified Hamming Code / D. V. Efanov, T. S. Pogodina // IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 24-27 January 2023, St. Petersburg, Russia. - Pp. 72-77.

29. Ефанов Д. В. Построение самопроверяемых цифровых устройств на основе модифицированных кодов Хэмминга с контролем самодвойственности вычисляемых функций / Д. В. Ефанов, Т. С. Погодина // Автоматика на транспорте. - 2023. - Т. 9. - № 1. - С. 99-123. - DOI:https://doi.org/10.20295/2412-9186-2023-9-01-99-123.

30. Ефанов Д. В. Исследование свойств самодвойственных комбинационных устройств с контролем вычислений на основе кодов Хэмминга / Д. В. Ефанов, Т. С. Погодина // Информатика и автоматизация. - 2023. - Т. 22. - № 2. - C. 349-392. - DOI:https://doi.org/10.15622/ia.22.2.5.

31. Chen Y. The Circuit Design of Voltage-controlled Color Changing Lamp Based on Multisim / Y. Chen, M. Zhang, J. Hao // 2020 IEEE International Conference on Power, Intelligent Computing and Systems (ICPICS), 28-30 July 2020, Shenyang, China. - DOI:https://doi.org/10.1109/ICPICS50287.2020.9202148.

32. Пархоменко П. П. Основы технической диагностики (оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства) / П. П. Пархоменко, Е. С. Согомонян. - М.: Энергоатомиздат, 1981. - 320 с.

33. Микони С. В. Общие диагностические базы знаний вычислительных систем / С. В. Микони. - СПб.: Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации, 1992. - 234 с.

ГОСТ

Ефанов Д. В., Погодина Т. С. Самодвойственные функциональные элементы для синтеза контролепригодных цифровых систем // Автоматика на транспорте. 2023. № 2. С. 205-221. DOI: https://doi.org/10.20295/2412-9186-2023-9-02-205-221. (дата обращения: 24.10.2026).

MLA

Ефанов Дмитрий Викторович, Погодина Т. С.. "Самодвойственные функциональные элементы для синтеза контролепригодных цифровых систем." Автоматика на транспорте 9.2 (2023): 205-221. DOI: https://doi.org/10.20295/2412-9186-2023-9-02-205-221.

APA

Ефанов Д. В., Погодина Т. С. (2023). Самодвойственные функциональные элементы для синтеза контролепригодных цифровых систем. Автоматика на транспорте, 9(2), 205-221. https://doi.org/10.20295/2412-9186-2023-9-02-205-221

Chicago

Ефанов Дмитрий Викторович, Погодина Т. С.. "Самодвойственные функциональные элементы для синтеза контролепригодных цифровых систем." Автоматика на транспорте 9, no. 2 (2023): 205-221. https://doi.org/10.20295/2412-9186-2023-9-02-205-221.

WIKI

{{cite journal | author = Ефанов Д. В., Погодина Т. С. | title = Самодвойственные функциональные элементы для синтеза контролепригодных цифровых систем | journal = Автоматика на транспорте | year = 2023 | volume = 9 | issue = 2 | pages = 205-221 | doi = 10.20295/2412-9186-2023-9-02-205-221 }}

Скопировать

Экспорт: BibTeX EndNote RefMan RusMARC

Подтверждение