Устройство для контроля резервированной системы

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве устройства для контроля и прерывания многоканальноймажоритарно-резервированной системы . Целью изобретения является повышение достоверности функционирования устройства и расширения области его применения. Устройство для контроля резервированной системы содержит лок контроля временных интервалов, блок контроля питания, регистр задания режима, регистр диагностики, триггер прерывания, триггер отказа, мажоритарный элемент, мультиплексор, элементы И, ИЛИ, одновибратор. Данное устройство позволяет формировать сигналы прерывания с учетом информации о прерываниях,а также состояния соседних каналов, обнаруживать и сохранять информацию об отказах соседних каналов, вызванных отклонением от нормы питающего напряжения, выдачей сигналов в неустановленные моменты времени, а также зависанием соседних каналов, использовать устройство во всех допустимых режимах функционирования мажоритарно-резервированной вычислительной системы: независимом, селективном и мажоритарном. 4 ил. (Л tc ел в5 о ю 00

СОЮЗ ССВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ду 4 G 06 F 9/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3793889/24-24 2) 27.09.84 (46), 07. 09.86. Бюл.9 33 (71) Харьковское научно-производственное объединение по системам автоматизированного управления (72) С.Н. Ткаченко, В.В. Топорков, К.Г. Корнаух, Г.Н. Тимонькин, С.Е. Баженов, А.А, Болотенко и В.С. Харченко (53) 621.503.55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 807293, кл. G 06 F 9/46, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ф 962945, кл. G 06 F 9/46, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РЕЗЕРВИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве устройства для контроля и прерывания многоканальной-мажоритарно-резервированной системы. Целью изобретения является повы„„Я0„„1256028 A 1 шение достоверности функционирования устройства и расширения области его применения. Устройство для контроля резервированной системы содержит блок контроля временных интервалов, блок контроля питания, регистр задания режима, регистр диагностики, триггер прерывания, триггер отказа, мажоритарный элемент, мультиплексор, элементы И, ИЛИ, одновибратор. Данное устройство позволяет формировать сигналы прерывания с учетом информации о прерываниях,а также состояния соседних каналов, обнаруживать и сохранять информацию об отказах соседних каналов, вызванных отклонением от нормы питающего напряжения, выдачей сигналов в неустановленные моменты времени, а также "зависанием" сосед них каналов, использовать устройство во всех допустимых режимах функционирования мажоритарно-резервированной вычислительной системы: независимом, селективном и мажоритарном ° 4 ил.

1256028

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь, зовано в качестве устройства для контроля и прерывания многоканальной мажоритарно-резервированной системы. 5

Достоверность информации, т.е. вероятность истинности результата, выдаваемого с выхода известного устройства, определяется- отсутствием отказов в самом устройстве и может быть оценена по формуле

И = Р, Р, (1) где Р, — вероятность отсутствия отказов в аппаратуре устройства, P — вероятность того, что на вход устройства поступает вероятный сигнал запроса прерывания.

В свою очередь величина P зави2 сит от вероятности Р отсутствия л отказа из-эа отклонений от нормы напряжения питания, а также от вероятности Р отсутствия зависания входного сигнала и вероятности Р отсутствия выдачи сигнала в неустановлен25 ный момент времени, поэтому значение

Р может быть оценено по формуле (2)

С учетом формулы (2) выражение (1) может быть преобразовано к следующему виду — Р, Р Р Р . (3)

Введение в выражение (2) сомножителя, определяемого надежностью системы питания, обусловлено сущест- 35 венным влиянием на достоверность функционирования современных БИС и

СВИС отклонений от заданных номиналов питающих напряжений.

Кроме того, при отказе соседних каналов сигналы прерывания могут формироваться в непредусмотренные моменты времени либо подаваться постоянно, начиная с некоторого момента времени, в одном иэ каналов. Это приводит к 45 рассинхронизации работы каналов,и, как следствие, к выходу из строя всей мажоритарно-резервированной системы. . Цель изобретения — повышение до- 5О стоверности функционирования устройства. и расширения области его применения.

Предлагаемое устройство позволяет: формировать сигналы прерывания с учетом информации о прерываниях, а также состояния соседних каналов, обнаруживать и сохранять информацию об отказах соседних каналов, вызванных отклонением от нормы питающего напряжения, выдачей сигналов в неустановленные моменты времени, а так:же зависанием соседннх каналов, испольэовать устройство во всех допустимых режимах функционирования мажоритарно-резервированной вычислительной системы; независимом, селективном и мажоритарном, Введение блока контроля питания и обусловленных им связей позволяет исключить влияние на формирование сигналов в предлагаемом устройстве ложных сигналов прерывания от сосед них каналов, выдаваемых иэ-за отклонения питающего напряжения.от нормы.

Тем самым достигается повышение достоверности выдаваемой устройством информации.

Введение триггера прерывания позво ляет формировать сигнал подтверждения прерывания от данного устройства на входы соответствующего первого (второго) разрядов первой группы информационных входов соседних каналов, которые далее поступают на соответствующие входы мажоритарных элементов этих каналов. Это дает возможность формировать сигналы прерывания в каналах с учетом состояния соседних каналов.

Введение мажоритарного элемента позволяет обеспечить функционирование устройства в составе мажоритарно-резерьированной системы и тем самым расширить область его применения и повысить достоверность выдаваемой им информации.

Введение мультиплексора обеспечивает возможность функционирования устройства на всех допустимых для мажоритарно-резервированной системы режимах: независимом, селективном и мажоритарном.

Поскольку совокупность конструктивных признаков данного устройства обеспечивает исключение влияния на функционирование устройства факторов, определяемых выражением (1), то достоверность функционирования данного устройства можно считать равной

0„= 1. (4)

На фиг . 1-3 приведены функциональные схемы устройства, блока контроля временных интервалов и блока контроля питания соответственно, на фиг. 4

1256028 временные диаграммы функционировани:: устройства.

Устройство (фиг.1) содержит блок

1 контроля временных интервалов, блок

2 контроля питания, регистр 3 зада)ния режима, регистр 4 диагностики, триггер 5 прерывания, триггер 6 отказа, мажоритарный элемент 7, мультиплексор 8, первый 9,и второй 10 элементы И, первый 11 и второй 12 эле- 10 менты ИЛИ, одновибратор 13, группу

14 информационных входов, группу 15 управляющих .входов, группу 16 информационных входов, второй 17 и первый

18 управляющие выходы устройства, 15 группу 19 информационных выходов устройства, выходы 20.1 и 20.2 ненормы блока 1, первый 21. 1 и второй 21.2 выходы нормы блока 2, первый 22.1 и второй 22.2 выходы ненормы блока 2, 20 группу 23 выходов регистра 3.

Блок 1 контроля временных интервалов (фиг.2) содержит первый 24 и второй 25 триггеры, первый 26 и второй

27 элементы И и элемент ИЛИ 28. 25

Блок 2 контроля питания (фиг. 3) содержит первый 29 и второй 30 компараторы, первый 3 1 и второй 32 элементы НЕ.

Устройство предназначено для ис- щ пользования в качестве блока формирования сигналов прерывания и сигналов отказов соседних каналов в мажоритарно-резервированной многоканальной, например трехканальной вычисли- З тельной системе, построенной на базе известного микропроцессора К580ИК1 или INTEL 8080. При этом предполагается использование предлагаемого устройства в каждом из каналов системы. 4О

Данное устройство, также как и мажоритарно-резервированная система в целом, может функционировать в трех режимах: режиме независимого функционирования, режиме селективного обраще- 45 ния, режиме трехканального мажорити-, рования.

Мажоритарный режим предназначен для синхронной работы всех каналов с мажоритированием сигналов в каждом 5О канале.

Селективный режим предназначен для работы вычислительной системы с внешними устройствами, не допускающими аппаратного мажоритирования их информации, например АЦПУ, либо элементами, используемыми в системе в единственном экземпляре. В этом режиме организуется обмен информацией и сигналами, например прерываний или ответов устройств, между процессорами трех каналов и любым программнодоступным элементом заданного канала, При осуществлении взаимодействия с устройствами, не допускающими аппаратное мажоритирование принимаемых с них сигналов, либо при нецелесообразности последнего селективный режим позволяет организовать программное мажоритирование после последовательного опроса одноименных устройств, например регистров 4 диагностики, во всех каналах. Кроме того, селек" тивный режим позволяет повысить разрешающую способность системы контроля и диагностики каналов.

Независимый режим работы предназначен для организации итеративной обработки или для распараллеливания обработки в каналах. В этом режиме предлагаемое устройство в каждом из каналов работает независимо от соседних каналов.

В первых. двух режимах устройство обеспечивает обработку запросов прерываний в каждом канале синхронно тремя процессорами (элементами обработки).

В независимом режиме работа каналов несинхронизирована. Каждое устройство обеспечивает обработку запроса прерывания только соответствующего канала, но при этом осуществляет контроль правильности выдачи сигналов прерываний соседними каналами и формирование соответствующей диагностической информации.

В каждом из предусмотренных режимов функционирования устройство обеспечивает защиту соответствующего канала от ошибочных сигналов прерывания, поступающих от соседних каналов, Кроме того, данное устройство может быть использовано для соответствующей обработки не сигналов прерывания, а например, сигналов ответа (окончания выполнения заданной операции) или других интерфейсных сигналов внешних устройств микропроцессорной системы, что повышает достоверность функционирования как собственно данного устройства, так и системы, в составе которой оно может быть применено.

В мажоритарном режиме устройство формирует синхронный сигнал прерыва028 Ь

5 1256 ния на выходе 18 всех каналов, если запрос прерывания бып зафиксирован не менее, чем в двух других каналах.

При этом во время приема сигналов запросов прерывания от соседних каналов осуществляется временная селекция сигналов блоком 1 и контроль питающих напряжений соседних каналов блоком 2. Причем, если уровень питающего напряжения ниже нормы, например вместо 5 В снизился до 4,75 В или ниже, или сигнал запроса поступил в нерегламентированный момент времени, то запрос от соответствующего канала блокируется и на формирование сигна- 15 ла на выходе 18 данного канала не влияет.

Одновременно в регистре 4 диагностики устанавливается код, соответствующий обнаруженному отказу. Кро- 20 ме того, при обнаружении отказа триггер 6 устанавливается в единицу и сигнал с его единичного выхода 19.1 может быть использован в качестве сигнала запроса прерывания в соответ- 25 ствующем канале.

Для перехода устройства к функционированию в другом режиме в регистр 3 записывается соответствующий управляющий код. 30

В режиме селективного обращения. к одному иэ каналов аналогично предыдущему случаю происходит контроль и фиксация аппаратурой контроля отказов соседних каналов. Однако формирование сигнала прерывания для данного канала происходит иначе. Предлагаемое устройство передает на свой соответствующий выход, соединенный с входом прерывания микропроцессора, 4О сигнал прерывания от того канала, к которому осуществляется обращение.

Блок 1 контроля временных интервалов (фиг.2) предназначен для обнаружения выдачи сигналов запросов прерывания от соседних каналов с входов

14.4 и 14.5 в непредусмотренное время, т.е. раньше выдачи сигнала синхронизации с входа 15,3 группы 15 входов устройства, который совпадает по фазе5О с синхросигиалом известного микро2 процессора К580ИК1.

Синхросигнал на вход 15.1 блока 1 поступает ранее, чем выдается с входа

15.3 синхросигнал установки триггера 55

5. Поэтому, если сигнал запроса прерывания от соседних каналов с входов

14. 4 (или) 14.5 поступает ранее импульса с входа 15.3 либо выдаются постоянно в связи с зависанием каналов, то тригге,ы 24 и (или) 25 устанавливаются по синхросигналу с входа 15.1 в нулевое состояние и сигналами с единичных выходов блокируют прохождение сигналов запросов прерываний через элементы И 26 и 27, а сигналы с единичных выходов 20.1 и

20.2 осуществляют установку триггера

6 и соответствующих разрядов регистра 4 диагностики.

Блок 2 контроля питания предназначен для обнаружения отклонения от нормы питающих напряжений в соседних каналах, что приводит к выдаче ложных сигналов прерывания от этих каналов.

Он может быть выполнен на стандартных компараторах 29 и 30, например марки К554СА2. Причем на вход 16.1 (16.2) поступает напряжение питания от первого (второго) соседнего канала, а на вход 15.4 — опорное напряжение. До тех пор, пока напряжение с входа 16.1 (16.2) больше, чем опорное, например 4.75 В, на выходе 21.1 (21.2) присутствует единичный сигнал.

При понижении напряжения с входов

16.1 (или) 16.2 по сравнению с опорным сигналы с выходов 21.1 и 21.2 снимаются и через элементы HE 31 и

32 на выходах 21.1 и 22.2 выдаются сигналы ненормы, которые записываются в регистр 4 аналогично описанному.

Регистр 3 задания режима предназначен для задания режимов работы устройства, Нулевой сигнал с выхода

23.1 первого разряда блокирует выдачу сигналов прерывания с соседних каналов через элемент И 10, а также формирование сигнала отказа в данном канале через элемент И 9 по причинам, зависящим от соседних каналов.

Кроме того, код с выходов 23 регистра 3 настраивает мультиплексор 8 на. передачу на вход прерывания данного устройства сигналов прерывания в заданных режимах.

Регистр 4 диагностики предназначен для формирования кода состояния соседних каналов. Содержимое регистра 4 через группу выходов t9 доступно процессору данного канала, который на основании анализа этой информации может осуществлять соответствующие действия по диагностированию системы.

7 .12560?8 8

Триггер 5 предназначен для формирования сигнала подтверждения прерывания на выходе 17 устройства.

Триггер 6. предназначен для фиксации отказа в одном из соседних каналов. Его выходной сигнал 19.1 может использоваться как сигнал аварийного прерывания. Для идентификации причины неисправности и отказавшего канала процессор может селективно обратиться к регистрам 4 диагностики каждого канала и сравнить их содержимое между собой.

Мажоритарный элемент 7 предназначен для формирования сигнала прерывания канала при наличии сигналов запроса не менее, чем от двух каналов.

Мультиплексор 8 предназначен для выдачи на выходе 18 устройства сигнала прерывания в соответствии со следующей логической функцией: х = z .х + z .х + z х +

18 23 1 23 14.1 Р 3 10. 2

+ z x

23 17 где 2 . (1б1,4) код с выходов 23 регистра 3 значения сигнаХ,Х,Х, Х

1 И.1 И.2 17 лов с соответствующих входов

7, 14.1, 14.2 и

18 устройства.

Одновибратор 13 предназначен для формирования одиночного импульса по потенциальному сигналу, поступающему на вход 14.3 устройства, например с выхода подтвержения запроса прерывания блока приоритетного прерывания марки К589 ИК 14 или INTEL82 t4, вычислительной системы.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Для установки в исходное состояние элементов памяти устройства после включения питания подаются сигналы на входы 15.1, 15.2, 15.3 и 15.6, на других входах, кроме группы 16, входные сигналы отсутствуют. По этим сигналам в триггеры 5, 6, 24, 25 и в регистры 3 и 4 заносится нулевой код.

После этого устройство готово к работе. Далее на группу входов 15.5 поступаег код заданной конфигурации, который записывается в регистр 3 по сигналу с входа 15.7. Если задается мажоритарный или селективный режим, то на выходе 23.1 присутствует единичный сигнал, по которому открываются элементы И 10 И 9. Кроме того, 5

20 вход триггера 6. Запись в триггер 5 происходит по импульсу с входа 15.3 который выдается во время второго .машинного такта для микропроцессора типа К580 ИК1.

-30

55 с выходов 23 регистра 3 выдается

I код Е з, по которому мультиплексор

8 настраивается на передачу на выход

18 устройства сигнала с выхода мажоритарного элемента 7.

В мажоритарном режиме на входы

14.1 и 14.2 поступают сигналы подтверждения прерывания с выходов 17 аналогичных устройств, установленных в соседних каналах устройства. Сигнал подтверждения прерывания формируется устройством следующим образом.

На вход 14.3 устройства поступает нотенциальный сигнал с выхода, например блока приоритетного прерывания вычислительной системы. Одновибратор 13 преобразует его в одиночный импульс, который через элемент ИЛИ 11 поступает на единичный

При отсутствии сигнала на входе

14.3 в нужный момент времени (при на-. личии синхросигнала на входе 15.3) триггер 5 может быть возбужден сигналами прерывания от оседних каналов, поступающими на входы 14.4 и 1.4.5.

Один или оба из этих сигналов через элементы И 26 и 27, открытые потенциалами с единичных выходов триггеров 24 и 25, через элемен- ИЛИ 28 поступает на вход элемента 10 и выпол. няет описанные выше действия. При этом предполагается, что на выходах

21.1 и 21.2 блока 2 присутствуют сигналы нормы.

После установки триггера 5 в единицу его выходной сигнал совместно с сигналами соседних каналов с входов 14.1 и 14.2 поступают на мажоритарный элемент 7, который срабатывает при наличии не менее двух из этих сигналов и через мультиплексор

8 возбуждает на выходе 18 сигнал начала обработки прерывания в данном канале.

По очередному синхроимпульсу с входа 15.2, соответствующему синхросигналу подтверждения прерывания для микропроцессора К580, триггер 5 устанавливается в нулевое состояние, снимая сигнал запроса с выходов 17 и 18.

Рассмотрим работу устройства при отказе в одном из каналов системы.

Если вследствие отказа соседний ка1256028

10 нал выдерет сигнал прерывания ранее такта Я (синхроимпульса с входа 15.3) или формирует его постоянно, например по входу 14.4, то по синхросигналу с входа 15,1 (фиг ° 4) триггер 24 уста- 5 навливается в единицу и сигналом с нулевого выхода блокирует прохождение ошибочного сигнала прерывания с входа

14.4.

Ошибочный сигнал прерывания данно-10 го канала будет аналогичным образом обнаружен и заблокирован соседними каналами.

Если в одном из соседних каналов питающее напряжение снизилось по срав- 15 нению с опорным напряжением, то с вы хода 21.1 или 21.2 соответствующего компаратора снимается сигнал нормы, поскольку в результате этого соответствующий канал формирует недосто- 20 верные сигналы с высокой вероятностью. Нулевым сигналом с соответствукщего выхода 21.1 или 21.2 блокируется элемент И 26 или 27 блока 1 и тем самым запрещается прохождение сигнала прерывания от отказавшего канала.

Кроме того, в обоих из рассмотренных случаев на соответствующих ЗО выходах ненормы 20.1, 20.2, 22.1, 22.2 формируются сигналы, которые по очередному импульсу с входа 15.3 устройства производят запись кода отказа в регистр 4 диагностики, а такжеЗ5 через элементы ИЛИ 12 и И 9 устанавливают триггер б отказа в единицу.

Сигнал с выхода 19.1 этого триггера может являться, например, сигналом аварийного. прерывания для организа- 40 ции реакции канала на отказ.

В режиме независимой работы на выходе 23.1 сигнал отсутствует,а на управляющие входы мультиплексора 8 поступает код Z,,по которому на ь выход 18 передается сигнал прерывания только от своего канала. Поскольку в данном случае элементы И 10 и

9 закрыты, то сигнал прерывания в данном канале формируется без учета 5Î соответствующих сигналов соседних каналов. Кроме того, сигнал аварийного прерывания на выходе 19. 1 устройства не формируется. Однако контроль состояния соседних каналов осу-55 цествляется аналогично описанному с установкой кода отказа в программна-доступном регистре 4 диагностики.

Устройство прекращает работу с прекращением подачи синхроимпульсов на соответствующие входы.

Формула изобретения

Устройство для контроля резервированной системы, содержащее регистр диагностики, регистр задания режима, первый и второй элементы И, два элемента ИЛИ, причем вход сброса, вход синхронизации и D-вход регистра задания режима соединены с соответствующими входами первой группы входов, устройства для контроля резервированной системы, первый вход второй группы входов которого соединен с входом синхронизации регистра диагностики, первый вход первого и второго элементов И подключен к выходу первого разряда регистра задания режима, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности информации и расширения области применения, в него введены блок контроля временных интервалов, блок контроля питания, одновибратор, триггер прерывания, мажоритарный элемент, мультиплексор и триггер отказа, Свход которого соединен с синхронизирующим входом регистра диагностики и

С-входом триггера прерывания, D-вход триггера отказа подключен к выходу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго эле. мента ИЛИ, первые входы которого подключены к первым выходам блока контроля временных интервалов и первой группе информационных входов регистра диагностики, вторая группа входов которого соединена с вторыми входами второго элемента ИЛИ и первыми выходами блока контроля питания, вторые выходы которого подключены к первым

I выходам блока контроля временных интервалов, соединенного с вторым выходом первого элемента И, выход триггера прерывания соединен с первым управляющим выходом устройства для контроля резервированной системы, с первым входом мажоритарного элемента и первым входом мультиплексора, управляющие входы которого подключены к выходам соответствующих разрядов регистра задания режима, вторые вхо1256028!

2 ды мультиплексора соединены с вторымн входами мажоритарного элемента и первыми информационными входами

> устройства для контроля резервированной системы, вторые. информационные входы которого соединены с вторыми входами блока контроля временных интервалов, а третий вход через одновибратор подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с S-входом триггера прерывания, подключенного R-входом к второму входу второй группы входов устройства для контроля резервированной системы, третий вход которого соединен с третьим входом блока контроля временных интервалов, выход мажоритарного элемента подключен к третьему входу мультиплексора, выход которого подключен к второму управляющему выходу устройства для контроля резервированной системы, второй информационный выход которого соединен с прямым выходом триггера отказа и выходами регистра диагностики, а вто» рые информационные входы — с вторыми входами блока контроля питания, управляющий вход которого соединен с соответствующим входом первой группы входов устройства.

1256028 у4j (wz) fS

144 (/45)

151

171 яанала ло f44 фиг,4

Составитель И.Швец

Редактор С.Патрушева Техред 31.Сердокова

Корректор Е.Рошко

Заказ 4824/48 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4