Контроль самодвойственных устройств с применением схем сжатия на основе полных сумматоров

Рассматривается задача организации контроля вычислений по диагностическому признаку, характеризующему принадлежность функций, вычисляемых объектом диагностирования, к классу самодвойственных булевых функций. Описана структура самодвойственного устройства с контролем каждого выхода в отдельности. Предложена структура организации схемы встроенного контроля с применением специальной схемы сжатия сигналов. Такая структура позволяет уменьшить число наблюдаемых выходов и сократить тем самым число элементов в структуре схемы встроенного контроля (СВК). В качестве устройств сжатия сигналов предложено использовать типовые схемы полных сумматоров, которые являются самодвойственными цифровыми устройствами. Показано, что такой подход к организации СВК позволяет сократить примерно на 8—9 % показатели сложности ее технической реализации по сравнению с контролем вычислений на каждом выходе объекта диагностирования. Приведены формулы оценки сложности реализации СВК для каждого способа ее организации. Сформированы алгоритмы синтеза СВК с применением схем сжатия сигналов. Приведены результаты моделирования самодвойственных структур с использованием рассматриваемых способов в среде моделирования Multisim. Представленные результаты позволяют на практике синтезировать самопроверяемые цифровые устройства и вычислительные системы.  

1. Fujiwara E. Code Design for Dependable Systems: Theory and Practical Applications. John Wiley & Sons, 2006. 720 p.

2. Ubar R., Raik J., Vierhaus H.-T. Design and Test Technology for Dependable Systems-on-Chip (Premier Reference Source): Information Science Reference. Hershey — N. Y.: IGI Global, 2011. 578 p.

3. 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.

4. Dubrova E. Fault-Tolerant Design. N. Y.: Springer Science+Business Media. 2013. XV+185. DOI: 10.1007/978-14614-2113-9.

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

6. Mikoni S. Top Level Diagnostic Models of Complex Objects // Lecture Notes in Networks and Systems. 2022. Vol. 442. P. 238—249. DOI: 10.1007/978-3-030-98832-6_21.

7. Яблонский С. В., Гаврилов Г. П., Кудрявцев В. Б. Математическая логика и основания математики. М.: Наука, 1966. 119 с.

8. Reynolds D. A., Meize G. Fault Detection Capabilities of Alternating Logic // IEEE Trans. on Computers. 1978. Vol. C-27, iss. 12. P. 1093—1098. DOI: 10.1109/TC.1978.1675011.

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

10. Гессель М., Мошанин В. И., Сапожников В. В, Сапожников Вл. В. Обнаружение неисправностей в самопроверяемых комбинационных схемах с использованием свойств самодвойственных функций // Автоматика и телемеханика. 1997. № 12. С. 193—200.

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

12. Nicolaidis M., Zorian Y. On-Line Testing for VLSI – А Compendium of Approaches // Journal of Electronic Testing: Theory and Application. 1998. Vol. 12, iss. 1—2. P. 7—20. DOI: 10.1023/A:1008244815697.

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

14. 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 Symposium (EWDTS’2017), Novi Sad, Serbia, Sept. 29 – Oct. 2, 2017. P. 25—28. DOI: 10.1109/EWDTS.2017.8110065.

15. 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 Symposium, Princeton, USA, 1996. P. 162—168.

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

17. Saposhnikov Vl. V., Moshanin V., Saposhnikov V. V., Goessel M. Experimental Results for Self-Dual Multi-Output Combinational Circuits // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications. 1999. Vol. 14, iss. 3. P. 295—300. DOI: 10.1023/A:1008370405607.

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

19. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Гессель М. Самодвойственные дискретные устройства. СПб: Энергоатомиздат, 2001. 331 с.

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

21. Göessel M., Ocheretny V., Sogomonyan E., Marienfeld D. New Methods of Concurrent Checking. Dordrecht: Springer Science+Business Media B.V., 2008. 184 p.

22. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Основы теории надежности и технической диагностики. СПб: Изд-во „Лань“, 2019. 588 с.

23. Carter W. C., Duke K. A., Schneider P. R. Self-Checking Error Checker for Two-Rail Coded Data: Pat. 747533, US. Jan. 26, 1971.

24. Сапожников В. В., Сапожников В. В. Самопроверяемые дискретные устройства. СПб: Энергоатомиздат, 1992. 224 с.

25. Harris D. M., Harris S. L. Digital Design and Computer Architecture. Morgan Kaufmann, 2012. 569 p.

26. Сапожников В. В., Сапожников Вл. В., Ефанов Д. В. Коды Хэмминга в системах функционального контроля логических устройств. СПб: Наука, 2018. 151 с.

27. 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.

28. 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.

29. 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.

30. Гессель М., Морозов А. А., Сапожников В. В., Сапожников Вл. В. Построение комбинационных самопроверяемых устройств с монотонно независимыми выходами // Автоматика и телемеханика. 1994. № 7. С. 148—160.

31. Morosow A., Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov Vl. V., Goessel M. Self-Checking Combinational Circuits with Unidirectionally Independent Outputs // VLSI Design. 1998. Vol. 5, iss. 4. P. 333—345. DOI: 10.1155/1998/20389.

32. Закревский А. Д., Поттосин Ю. В., Черемисинова Л. Д. Логические основы проектирования дискретных устройств. М.: Физматлит, 2007. 592 с.

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

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