Резервированный модуль с функцией тестирования

Авторы патента:

G06F11/18 - с использованием пассивного маскирования сбоев, например с помощью расчетверения или мажоритарных решающих схем

Владельцы патента RU 2711489:

федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" (RU)

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных и управляющих системах различного назначения. Технический результат заключается в обеспечении возможности определения исправности всех трёх резервирующих элементов модуля во время тестирования изготовленной микросхемы, при сохранении сбоеустойчивости схемы к одиночным отказам. Резервированный модуль с функцией тестирования содержит три параллельно включенных триггера, входы данных триггеров через входной буфер соединены с информационным входом устройства, входы синхронизации триггеров соединены через буфер синхронизации с входом синхронизации устройства, дополнительные входы управления триггеров соединены через буфер управления с дополнительным входом управления, вход инициализации первого триггера соединен через буфер инициализации с входом инициализации; один вход первого элемента 2И-НЕ соединен с первым входом тестирования устройства, второй вход первого элемента 2И-НЕ соединен с инверсным выходом буфера инициализации, выход первого элемента 2И-НЕ соединен с входом инициализации второго триггера; один вход второго элемента 2И-НЕ соединен с вторым входом тестирования устройства, второй вход первого элемента 2И-НЕ соединен с инверсным выходом буфера инициализации, выход второго элемента 2И-НЕ соединен с входом инициализации третьего триггера; выходы триггеров соединены с входами мажоритарного элемента, выход которого соединен через выходной буфер с прямым и инверсным выходами устройства. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в высоконадежных вычислительных и управляющих системах различного назначения.

Известны схемы резервированных триггеров и устройств (патент РФ №2308147 МПК Н03К23/00; G06F11/18; H05К10/00; G06M3/00, опубл. 10.10.2007г.), патент США № 8049529 МПК Н03К19/003; H03К19/00; H03К3/02 опубл. 01.11.2011г.), в которых используется мажоритарный принцип. Для повышения сбоеустойчивости хранение данных осуществляется в трех независимых копиях запоминающих устройств (триггеров). Состояние на выходе схемы определяется мажоритарным элементом. Использование резервирования позволяет повысить устойчивость к сбоям, однако не предусматривает возможность тестирования резервных каналов на этапе контроля работоспособности изготовленной микросхемы.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому решению является схема устройства для контроля и резервирования информационной системы (патент РФ № 2453079 МПК Н05К10/00; G06F11/20, опубл. 10.06.2012). Блок реконфигурации и три блока сравнения осуществляют анализ состояний выходов трех резервируемых блоков, что позволяет обеспечить проверку на сбой при появлении нескольких отказов. Результат проверки позволяет судить о работоспособности каналов и определяет состояния выходов схемы «Норма», «Снижение надежности» и «Одноканальная конфигурация». Устройство позволяет обеспечить повышение сбоеустойчивости. Однако занимает большую площадь и обладает невысоким быстродействием, обусловленным избыточной функциональностью. К недостаткам данной схемы можно отнести невозможность тестирования группы аналогичных схем в силу большого количества независимых управляющих сигналов.

Технической проблемой является обеспечение возможности тестирования микросхемы и определения исправности резервирующих элементов при сохранении повышенной стойкости к эффектам одиночных сбоев.

Технический результат заключается в обеспечении возможности определения исправности всех трёх резервирующих элементов модуля во время тестирования изготовленной микросхемы, при сохранении сбоеустойчивости схемы к одиночным отказам.

Для достижения вышеуказанных технических результатов Резервированный модуль с функцией тестирования выполнен содержащим три параллельно включенных триггера, входы данных триггеров через входной буфер соединены с информационным входом устройства, входы синхронизации триггеров соединены через буфер синхронизации с входом синхронизации устройства, дополнительные входы управления триггеров соединены через буфер управления с дополнительным входом управления, вход инициализации первого триггера соединен через буфер инициализации с входом инициализации; один вход первого элемента 2И-НЕ соединен с первым входом тестирования устройства, второй вход первого элемента 2И-НЕ соединен с инверсным выходом буфера инициализации, выход первого элемента 2И-НЕ соединен с входом инициализации второго триггера; один вход второго элемента 2И-НЕ соединен с вторым входом тестирования устройства, второй вход первого элемента 2И-НЕ соединен с инверсным выходом буфера инициализации, выход второго элемента 2И-НЕ соединен с входом инициализации третьего триггера; выходы триггеров соединены с входами мажоритарного элемента, выход которого соединен через выходной буфер с прямым и инверсным выходами устройства.

Технический результат достигается тем, что в схему триггера с троичным мажорированием добавлены два элемента тестирования с отдельными управляющими сигналами для проверки микросхемы после изготовления. Тестирование происходит путём поочерёдного отключения резервирующих элементов и сравнения результатов моделирования с эталонными выходными реакциями.

Изобретение поясняется следующими материалами:

Фиг.1 - функциональная схема резервированного модуля с функцией тестирования.

Устройство является резервированным модулем (троированным триггером) с информационным входом, входом синхронизации, входом инициализации и содержит параллельно соединенные триггеры (7), (8), (9). Входы данных триггеров (7), (8), (9) объединены через входной буфер (1) с информационным входом устройства, входы синхронизации триггеров (7), (8), (9) через буфер (4) объединены с входным сигналом синхронизации устройства. Дополнительные входы управления триггеров (7), (8), (9) через буфер (2) связаны с соответствующими им входными сигналами. При этом вход инициализации триггера (7) соединен с прямым выходом буфера (3), подключенного к входу инициализации устройства. Элемент 2И-НЕ (5) связан с первым входом тестирования устройства, инверсным выходом буфера инициализации (3) и входом инициализации триггера (8). Элемент 2И-НЕ (6) связан с вторым входом тестирования устройства, инверсным выходом буфера инициализации (3) и входом инициализации третьего триггера (9). Выходы триггеров (7), (8), (9) соединены с входами мажоритарного элемента (10), подключенного к буферу (11), выходы которого являются прямым и инверсным выходами троированного триггера.

Активный логический уровень сигнала инициализации устройства, независимо от состояния других входных сигналов, устанавливает выходной сигнал резервированного триггера в низкий логический уровень, инверсный выходной сигнал – в высокий логический уровень.

При неактивном логическом уровне на входе инициализации устройства и при высоком логическом уровне на входах тестирования состояние выходных сигналов модуля соответствует логике работы триггеров (7), (8) и (9).

При неактивном логическом уровне на входе инициализации устройства, высоком уровне первого сигнала тестирования и при низком уровне второго сигнала тестирования, поступающего на вход элемента 2И-НЕ (6) на его выходе устанавливается высокий логический уровень. При этом независимо от того, в каком состоянии находился триггер (9), на его прямом выходе формируется низкий логический уровень, а на инверсном выходе – высокий логический уровень. При поступлении сигнала синхронизации состояние триггеров (7) и (8) определяется информационным входом. Выходной сигнал мажоритарного элемента (10) определяется состоянием выходных сигналов триггеров (7) и (8) при фиксированном состоянии триггера (9). Таким образом, в случае отличия результатов моделирования от эталонных диаграмм определяется сбой на выходах триггеров (7) и (8).

При неактивном логическом уровне на входе инициализации устройства, высоком логическом уровне второго сигнала тестирования, низком уровне первого сигнала тестирования, поступающего на вход элемента 2И-НЕ (5) на его выходе устанавливается высокий логический уровень. При этом независимо от того, в каком состоянии находился триггер (8), на его прямом выходе формируется низкий логический уровень, а на инверсном выходе – высокий логический уровень. При поступлении сигнала синхронизации состояние триггеров (7) и (9) определяется информационным входом. Выходной сигнал мажоритарного элемента (10) определяется состоянием выходов триггеров (7) и (9) при фиксированном состоянии триггера (8). В случае отличия результатов моделирования от эталонных диаграмм определяется сбой на выходах триггеров (7) и (9).

Таким образом, наличие сигналов тестирования позволяет обнаружить сбой на всех трех триггерах в составе устройства.

Резервированный модуль с функцией тестирования, содержащий три параллельно включенных триггера, входы данных триггеров через входной буфер соединены с информационным входом устройства, входы синхронизации триггеров соединены через буфер синхронизации с входом синхронизации устройства, дополнительные входы управления триггеров соединены через буфер управления с дополнительным входом управления, вход инициализации первого триггера соединен через буфер инициализации с входом инициализации; один вход первого элемента 2И-НЕ соединен с первым входом тестирования устройства, второй вход первого элемента 2И-НЕ соединен с инверсным выходом буфера инициализации, выход первого элемента 2И-НЕ соединен с входом инициализации второго триггера; один вход второго элемента 2И-НЕ соединен с вторым входом тестирования устройства, второй вход первого элемента 2И-НЕ соединен с инверсным выходом буфера инициализации, выход второго элемента 2И-НЕ соединен с входом инициализации третьего триггера; выходы триггеров соединены с входами мажоритарного элемента, выход которого соединен через выходной буфер с прямым и инверсным выходами устройства.

Для резервирования системы с помощью мажоритарного элемента осуществляют выбор значения порога для сравнения выходных параметров резервируемых элементов (РЭ) исходя из рабочего диапазона сравниваемого параметра РЭ, вероятностей безотказной работы каждого РЭ и всей резервированной системы, определение разностей выходных параметров (РВП) всех возможных пар РЭ, сравнение каждой РВП со значением порога в пороговых устройствах, определение числа s пороговых устройств, в которых РВП не превысила значение порога, и числа k пороговых устройств, в которых РВП превысила значение порога, при выполнении условия k<s подключение к выходу резервированной системы одного из РЭ, подключенных к пороговым устройствам, входящим в число s, через соответствующее вычитающее устройство и отключение всех РЭ от выхода резервированной системы при выполнении условия k>s, то есть отказе системы.

Устройство для мажоритарного выбора сигналов // 2628890

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения отказоустойчивых средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др.

Гистерезисный триггер // 2628152

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при построении отказоустойчивых самосинхронных схем. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности использования гистерезисного триггера в резервированных самосинхронных схемах, учитывающих возможность отказа в одном из каналов.

Трехканальная резервированная управляющая система с-01 // 2618365

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться при построении высоконадежных вычислительных управляющих систем, предназначенных для приема информации от абонентов, обработки принятой информации и выдачи результирующей информации абоненту.

Мажоритарное устройство // 2618192

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при построении отказо- и сбоеустойчивых радиационно-стойких самосинхронных схем.

Устройство для мажоритарного выбора сигналов (3 варианта) // 2580791

Изобретение относится к области построения высоконадежных резервированных устройств и систем. Технический результат заключается в повышении надежности за счет формирования сигналов неисправности каждого канала (блока с число-импульсным выходом) и интегрировании сигнала неисправности каждого канала, что позволяет отключать от управления неисправно работающие блоки и в критической ситуации (при многочисленных отказах) своевременно формировать сигнал на переход на резервное управление.

Мажоритарное устройство // 2580080

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при построении отказоустройчивых и сбоеустойчивых, радиационно стойких самосинхронных схем.

Устройство восстановления работоспособности резервированной системы с помощью мажоритарных элементов // 2563798

Изобретение относится к системам радиоавтоматики и автоматического управления, резервированных с помощью мажоритарных элементов. Технический результат - повышение вероятности безотказной работы.

Устройство восстановления работоспособности системы, резервированной с помощью мажоритарных элементов // 2493586

Изобретение относится к современным пилотажно-навигационным комплексам летательных аппаратов и их бортовой аппаратуре и может быть использовано для восстановления работоспособности систем радиоавтоматики и автоматического управления, резервированных с помощью мажоритарных элементов путем формирования сигналов управления элементами резервированных систем.

Способ постоянного поэлементного дублирования в дискретных электронных системах (варианты) // 2475820

Изобретение относится к области вычислительной техники и электроники, а именно к способам повышения надежности дискретных электронных систем, работающих в условиях радиации, и более точно, к способам постоянного поэлементного дублирования в дискретных электронных системах, находящихся под воздействием частиц излучения.