Адаптивное резервированное устройство

 

Л.ЦАПТИВНОЕ РЕЗЕРВИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее в каждом ка1нале блок контроля, вход которого подключен к контрольному выходу резервируемого блока данного канала, элемент сравнения, элемент ИЛИ и блок адаптации, содержащий дешифратор кода управления, три элемента И, пять элементов РШИ, мажоритарный элемент, элемент НЕ и первый триггер , отличающееся тем, что, с целью повышения надежности за счет тосстановления мажоритарной конфигурации при восстановлений работоспособности ранее отказавших каналов, в него введены четвертый элемент И, счетчик, таймер и второй триггер, а информационный выход резервируемого блока в каждом канале подключен к первому входу элемента сравнения и к одному из входов мажоритарных элементов каждого канала , второй вход элемента сравнения в каждом канале соединен с выходом мажоритарного, элемента, выход элемента сравнения соединен с входом U элемента НЕ, первыми входами первого и второго элементов И блока адап1-;П1У{И данного канала и одним из входов первого элемента ИЛИ и второго элемента И блоков адаптации остальных каналов, выход второго элемента И соединен с первым 5-входом первого триггера, второй S-вход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выходом синхроимпульса своего резервируемого блока и с первым входом третьего элемента И, второй и третий входы которого соединены с выходами первого элемента ИЛИ и элемента НЕ соответственно , выход третьего элемента И подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого Ф подключен к выходу сброса резервируе (Л мого блока своего канала, К -входу первого триггера, первомуR-входу второго триггера и первому входу третьего элемента ИЛИ, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом таймера и вторым R-входом второго триггера, выход второго элемента ИЛИ подключен к входу установ sl ки в О счетчика, счетный вход кото451 рого соединен с выходом первого элемента И и входом запуска таймера , вход сброса которого подключен D к выходу третьего элемента ИЛИ, первый выход счетчика соединен с первым входом четвертого элемента И, второй выход - с вторым входом третьего элемента ИЛИ и 5-входом второго триггера , третий вход третьего элемента ИЛИ подключен к выходу четвертого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера и первым входам четвертого и пятого элементов ИЛИ, второй вход шестого элемента ИЛИ соединен с выходом первого триггера, второй пнго

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„» 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТНУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3615772/24-24 (22) 08.07.83 (46) 23.08.85. Бюл. К - 31 (72) В.Г.Мовэолевский и Е.Ю.Мочалова (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 619902, кл. С 05 В 23/02, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N - 726532, кл. C 06 1 11/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

11 962959, кл. G 06 1 11/20, 1981. (541(57) АДАИГИВНОЕ РЕЗЕРВИРОВАННОЕ

УСТРОЙСТВО, содержащее в каждом ка—

1нале блок контроля, вход которого подключен к контрольному выходу резервируемого блока данного канала, элемент сравнения, элемент ИЛИ и блок «даптации, содержащий дешифратор кода управления, три элемента И, пять элементов ИЛИ, мажоритарный элемент, элемент НЕ и первый триггер, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности за счет восстановления мажоритарной кбнфигурации при восстановлрний работоспособности ранее отказавших каналов, в него введены четвертый элемент И, счетчик, таймер и второй триггер, а информационный выход резервируемого блока в каждом канале подключен к первому входу элемента сравнения и к одному иэ входов мажоритарных элементов каждого канала, второй вход элемента сравнения в каждом канале соединен с выходом мажоритарного элемента, выход элемента сравнения соединен с входом а элемента ИЕ, первыми входами первого и второго элементов И блока адаптации данного канала и одним и 3 (51)4 G 06 F 11/20 Н 05 К. 10/00 входов первого элемента ИЛИ и второго элемента И блоков адаптации остальных каналов, выход второго эле— мента И соединен с первым 5-входом первого триггера, второй 5 -вход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выходом синхроим- пульса своего резервируемого блока и с первым входом третьего элемента И, второй и третий входы которого соединены с выходами первого элемента ИЛИ и элемента HE соответственно, выход третьего элемента И подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу сброса резервируемого блока своего канала, к -входу первого триггера, первому R -входу второго триггера и первому входу третьего элемента ИЛИ, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом таймера и вторым R -входом второго триггера, выход второго эле— мента ИЛИ подключен к входу установки в "0 счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента И и входом запуска таймера, вход сброса которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, первый выход счетчика соединен с первым входом четвертого элемента И, второй выход — с вторым входом третьего элемента ИЛИ и 5-входом второго триггера, третий вход третьего элемента ИЛИ подключен к выходу четвертого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера и первым входам четвертого и пятого элементов ИЛИ, второй вход шестого элемента ИЛИ соединен с Выходом первого триггера, второй вход пято1174929 дешифратора ция на магистрали 5 гс элемента ИЛИ соединен с выходом блока контроля своего канала, вы" ход - с одним из входов дешифратора кода управления каждого блока адаптации, выход четвертого элемента ИЛИ подключен к одному иэ входов

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах, использующих схемные методы повышения надежности функционирования.

Цель изобретения — повышение надежности устройства за счет восста-. новления мажоритарной конфигурации при восстановлении работоспособности ранее отказавших каналов. 10

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — схема дешифратора кодов управления, на фиг.3д, Б и E — графики вероятности безотказной работы известного и предлагаемого устройств при наличии сбоев в момент времени !! или временных отказов в моМеНТ

Устройство (фиг.1) содержит в каж - 0 дом канале резервируемый блок 1, блок 2 контроля, управляемый мажоритарный элемент 3, элемент 4 сравнения, выходную информационную магистраль 5 и блок 6 адаптации, таймер 7, сч тчик 8, элементы И 9,..., 9!1, триггеры 101 и 102, элементы ИЛИ 11

11 и НЕ 12, дешифратор 13 кодов управления, выход 14 отказа, управляющие выходы 15 блока адаптации и управляющие входы 15 мажоритар30

2 ных элементов, инверторы 16 „и 162 и элементы И-НЕ 171,... 17 .

Управляемые мажоритарные элементы 3 (фиг. 1) в зависимости от сигналов на входах 15 управления с выхо- З5

2 дов дешифраторов 13 осуществляют функцию мажори r: ðoâàíèÿ выходной информации блоков 1 или передачу на выходные магистрали 5 сигналов с выхода одного из блоков 1. 40

При коде сигнала ill на управляюших входах 1 5> элемент 3 выполняет функцию "2 из 3", при коде 100 на шестого элемента ИЛИ в каждом канале, выход шестого элемента ИЛИ соединен с входом разрешения дешифратора кода управления, выходы которого подключены к управляющим входам мажоритарного элемента свбего канала .

2 выходную магистраль 5 пропускается выходная информация блока 1 первого канала, при коде 010 пропускается информация второго канала, при коде 001 — информация третьего канала.

Дешифратор 13 управляет работой мажоритарного элемента 3 своего канала по сигналу разрешения с выхода элемента ИЛИ 11 и сигналами конт6 роля, поступающими с выходов элементов 11 всех каналов. При отказе канала си:"нал контроля с выхода элемента 11 поступает на входы всех дешифраторов 13 низким уровнем — логическим "0". Если отказ отсутствует, то сигнал на выходе элемента ИЛИ ll имеет высокий уровень логическую "1". С выхода элемента ИЛИ 11 в каждом канале на разрешающий вход дешифратора 13 кодов управления (на первые входы элементов И+НЕ 17,..., 17,1, фиг.2) по— ступает логический "О!!, в результате чего на выходе дешифратора 13 (на выходах элементов И-НЕ 172,..., 17, фиг.2) присутствует код ill, по которому элемент 3 (фиг.1) реализует функцию "2 из 3". Если с выхода элемента ИЛИ 116 поступает сигнал отказа (логическая "1"), то на выходе дешифратора появляется код, который зависит от сигналов на входах дешифратора 13, поступающих с выходов элементов ИЛИ 11 всех каналов, в соответствии с которыми элемент 3 пропускает информацию с входных магистралей на выходную 5:

Выходной код Информа

0 .к к- l 0 0 1-й ка-! пал

1174929

p > 0 1 0 2-й канал

1 1. 0 0 0 1 3-й канал

Таймер 7 отрабатывает время, в течение которого осуществляется накопление ошибок в счетчике 8. Сигнал ошибки формируется элементом 4 в результате несравнения информации своего канала с мажоритированной"ин— формацией и.поступает на первый вход элемента И 9< блока 6 своего канала, на второй вход которого с выхода синхроимпульса блока 1 поступает стробирующий сигнал. Стробирующий .сигнал вырабатывается в каждом канале схемой управления (не показана) при,каждом подключении информации на внутренних магистралях..

Стробирование осуществляется для исключения ложных отказов в результате внутренних задержек элементов.

При появлении сигнала отказа с выхода элемента 4 элемент 9 по стро-! бирующему сигналу с выхода блока 1 вырабатывает импульс, поступающий на счетный вход .счетчика 8 и на вход запуска таймера 7. После отработки установленного времени таймер 7 вырабатывает импульс сброса, .поступающий .на входы установки в

"О" триггера 102 и через элемент ИЛИ 11 счетчика 8. Сброс тай2 мера в нулевое состояние осуществляется через элемент ИЛИ 115 сигна -. лами, поступающими с выхода блока 1 приведения в исходное состояние, с выхода элемента И 9 4 и с второго выхода счетчика 8.

Счетчик. 8 накапливает сигналы ошибки, поступающие с выхода эле25

35

45

55

ЭлеМент 4 производит сравнение информации, поступающей на его входы с информационной магистрали контролируемого канала, с информацией на 0 !

О выходе мажоритарного элемента 3 свое.го канала и выдает результат сравнения на входы элемента НЕ 12 и элементов И 9 и 92 блока 6 своего канала ! и на входы элементов ИЛИ 11 и И 9> !5 блоков 6 двух других каналов. Сигнал ошибки на выходе элемента 4 имеfr 11, ет высокий уровень — логическую 1 при отсутствии ошибки на выходе элемента 4 — низкий уровень (логичес- 20 кий "0"). мента И 9 . Сигналы на выходах ( счетчика 8 появляются при отсчет. определенного количества импульсо».

Количество импульсов, необходимых для появления сигнала на втором выходе, больше, чем количество импульсов, необходимых для появления сигнала на первом выходе. Если счетчик 8 отсчитывает количество-импульсов (кол 1чество ошибок, выработанных элементом 4), необходимых для появления сигнала на своем втором выходе за время, меньше установленного в таймере 7, то импульс с этого выхода установит триггер 10> в единичное состояние и через элемент 115 приве. дет таймер 7 в исходное состояние.

Единичный сигнал на выходе 14 триггера 10 свидетельствует об отказе данного канала и выдается на индикацию отказа через элемент ИЛИ 114 своего канала и через элементы ИЛИ 114 блоков 6 адаптации остальных каналов на разрешающий вход дешифраторов 13 кодов управления. Если сигнал ошибки продолжает поступать на счетный вход счетчика 8 и на вход залуска таймера 7, то сброс последнего в ис.ходное.состояние будет происходить в момент появления импульса на первом выходе .счетчика 8 через элементы И 94 и ИЛИ 11 . Счетчик 8 и триггер 10> установятся в нулевое состояние таймером 7, если за время, отрабатываемое таймером 7, счетчик 8 накопит меньшее число импульсов, чем необходимо для появления сигнала на первом выходе счетчика 8.

Таким образом, сброс сигнала огказа с выхода.14 триггера 10, свидетельствующего о восстановлении работоспособности канала, происходит в том случае, если число отказов, поступающих с выхода элемента 4 эа время, отрабатываемое таймером 7, будет гораздо меньше числа. отказов, при котором происходит переполнение счетчика 8 ошибок и фиксация триггером 10 отказа канала.

Сброс счетчика 8 ошибок происходит и в том случае, если в момент появления импульса строба с выхода элемента 4 одного из соседних каналов на элемент ИЛИ ll поступает сигнал отказа, а на выходе элемента 4 своего канала отказ отсутствует. Такая комбинация свидетельствует о том, что ошибки в каналах и»

1174929

t0 возникают одновременно и допускается работа в режиме "2 из 3".

Триггер 10 устанавливается в единичное состояние (выдает сигнал отказа на дешифраторы 13 кодов управления) в момент прихода стробиругщего импульса при одновременном появлении отказов в трех каналах на входе элемента И 9 . Такая ситуация возникает,при совпадающих во времени от ..азах в двух любых каналах.

В осйову работы предлагаемого уст роиства (фиг. 1) положен следующий прин- :. цип. Адаптивное резервируемое устройст t5 во (фиг.1) работает в мажоритарном ре-. жиме при единичных сбоях в информации, возникающих в разные моменты времени в блоках 1. Определение— сбой в информации блока 1 или его 2ц отказ, осуществляется по интенсивности отказов с выхода элемента межканального сравнения информации (по количеству отказов за определенное время) . При превышении определенно- 25 го.числа отказов с выхода элеменв та сравнения канал считается отказавшим и устройство (фиг,1) переходит на работу от одного из исправных каналов работоспособность которого определяется блоком 2 внутриканального контроля (например, контролем информацией на четность). При восстановлении работоспособности ранее. отказавшего канала, что опреде35 ляется по исчезновению браков с выхода элемента сравнения данного канала либо по уменьшению их интенсивности ниже установленного уровня, происходит восстановление мажоритарной конфигурации, что повышает надежность устройства.

Устройство работает следующим образом.

После включения питания в блоках,1

45 вырабатывается импульс установки в нулевое состояние элементов с памятью, по которому с выходов блоков 1 подается сигнал, по которому счетчик 8, таймер 7 v. триггеры 10 и 10> устанавливаются в исходное (нулевое) состояние. С выходов элементов ИЛИ 111 каждого блока 6 на денифраторы 1З.кодов управления через элементы ИЛИ 116 поступает логический "0", по которому дешифраторы 13 выдают на управляющие входы мажоритарных элементов 3 код 111, устанавливающий режим "2 из 3". Отказы в каналах отсутствуют, поэтому выполняется сравнение информации на элементах 4 на выходах блоков 2 конту роля и элементов 4 устанавливаются нулевые сигналы.

В процессе длительного функционирования в контролируемых каналах воз никают неисправности, которые приводя: к появлению ошибок в информационной магистрали резервируемого блока 1. Первая неисправность, которая возникает, например, в первом канале, обнаруживается элементом 4 сраввыраба ы ающим ичес ую и блоком 2 контроля, вырабатывающим

I tf 1 1I

Принцип обнаружения и фиксации ошибок следующий.

При возникновении отказа в одном из каналов, например в первом, элемент 4 сравнения вырабатывает сигнал отказа, который поступает на элементы И 91 и 9 и НЕ 12 своего блока 6 адаптации и элементы ИЛИ 11< и И 9 других блоков 6. Стробирующий импульс разрешает прохождение сигнала отказа через элемент И:91 на счетный вход счетчика 8 ошибок и вход запуска таймера 7. В блоках 6 адаптации соседних каналов счетчик 8 и таймер 7 не запускаются, так как отсутствуют отказы на выходах элементов 4 этих каналов. Таймер 7 блока 6 первого канала запускается и начинает отрабатывать установленное время. Счетчик 8 увеличивает .свое состояние на единицу с приходом каждо го импульса отказа.

Если количество отказов за время ь, отрабатываемое таймером 7, меньше допустимого, например, при одиночных сбоях в контролируемом канале, то за время сигнал на втором выходе счетчика 8 не появляется и таймер вырабатывает импульс, устанавливающий счетчик 8 в "0" и подтверждающий исходное состояние триггера 10, Так как состояния триггеров 10 во всех блоках 6 адап2 тации не изменились, то дешифраторы 13 кодов управления вырабатывают код 111, при котором блока 1 выполняет функцию "2 из 3". На сигналы внутриканального контроля с выходов блоков 2 дешифраторы 13 не реагируют, так как на их разрешающем входе присутствует "0" с выходов элементов ИЛИ 1 16 .

1174929

50

Если счетчик 8 накапливает количество ошибок, превышающее допустимое за время работы таймера 7, то на втором выходе .счетчика 8 появляется сигнал, устанавливающий триггер 10 в единичное состояние, и через элемент ИЛИ 11> сбрасывает таймер 7 в нулевое состояние. Единичный сигнал с выхода триггера 10> поступает на выход 14 индикации отказа канала, через элементы ИЛИ 11 и 116 своего канала и через элементы !1 блоков 6 остальных каналов— на разрешающие входы дешифраторов 13 и разрешает прохождение сигналов с выходов элементов ИЛИ 11 на дешиф5 раторы 13 всех блоков 6 для управления элементами 3. Так как в данном случае с выхода элемента ИЛИ ll> блока 6 первого канала и с выхода блока 2 поступает сигнал отказа триггера 10, а на выходах элементов ll блоков 6 второго и третьего каналов отказы отсутствуют (как по внутриканальному контролю блоков 2, так и по междуканальному с выходов триггеров 10 ), то на входы дешифрато-" ров 13 подается код 100, по которому на их выходах формируется код 010 и элементы 3 всех каналов пропускают на информационные магистрали 5 информацию с магистрали блока 1 второго канала. Элементы 4 сравнения в этом случае сравнивают информацию на магистралях своего канала с информацией на выходе блока 1 второго канала, что позволяет продолжать контролировать отказавший канал по исправному. Таким образом, при полном отказе одного канала устройство фиг.l) переходит на работу от одного исправного канала, что повышает надежность до величины !вероятнос"ти безотказной работы одного канала), а второй исправный канал переводится в резерв.

При возникновении одиночного сбоя или временного отказа в канале, на который произошла перестройка (в данном случае — на второй канал), блок 2 внутриканального контроля вырабатывает сигнал отказа, который через эдемент ИЛИ 11 блока 6 адаптации поступает на входы дешифраторов 13 всех каналов. Код на входах дешифраторов 13 — 110, по нему на управляющие входы элементов 3 поступает код 001 и на выходные магистрали 5 всех каналов пропускается информация блока 1 третьего канала. При исчезновении временного отказа во втором канале на вход дешифраторов 13 подается код 100 и элементы 3 снова пропускают на выход 5 информацию второго канала. Если отказ второго канала постоянный, то по сигналу внутриканального контроля блока 2 второго канала элемен и 3 пропускают информацию третьего канала (первый канал продолжает оставаться в состоянии отказа и на входе дешифраторов 13 присутствует код 100), элемент 4 второго канала вырабатывает отказ по результату сравнения информации блока 1 второго канала с информацией на магистрали 5 исправного третьего канала, счетчик 8 блока 6 второго канала накапливает отказы и устанавливает триггер 10 в единичное состояние, на выходе элемента 11 устанавливается постоянно сигнал отказа второго канала и на выходе дешифраторов 13 присутствует код

001, подключающий через элементы 3 на выходные магистрали 5 информацию блока 1 третьего канала.

Аналогично могут быть осуществлены фиксация отказов и перестройки конфигурации при любом другом порядке возникновения отказов в каналах.

Рассмотрим работу устройства

-(фиг.l) при возникновении типичных отказовых ситуациях.

Возникновение отказов в двух каналах, не совпадающих во времени.

Элемент 4 первого канала вырабатывает сигналы отказов, которые накап— ливаются счетчиком 8 блока 6. При возникновении отказа, например, в третьем канале его элемент 4 сравнения вырабатывает сигнал, который сосчитывается счетчиком 8 блока 6 третьего канала и одновременно поступит через элемент ИЛИ 11! блока 6 первого канала на элемент И 9>.

Так как ошибки в первом и третьем каналах не перекрываются во времени, то на выходе 14 первого канала в этот момент времени сигнал ошибки отсутствует (выдается логический "0"). .По стробирующему сигналу на выходе элемента 9 блока 6 первого канала (так как на его входах

\ присутсТвуют единицы) появляется импульс который через элемент ИЛИ i!

1174929 сбрасывает счетчик 8 в "0". Триггеры 1Ñ не изменяют своего ис2 ходного состояния и элемент 3 продолжает выполнять функцию "2 из 3".

Таким образом, отказы, вырабатываемые элементами сравнения 4 двух каналов в разные моменты времени, сбрасывают накапливаемые .счетчиками 8 противоположных каналов отка- 10 зы, удерживая тем самым работу элементов 3 в режиме мажоритара.

Аналогичным образом поддерживается мажоритарная конфигурация элементов при возникновении отказов в трех ка - 15 налах в разные моменты времени.

При возникновении отказов в двух каналах одновременно, например в первом и втором, элементы 4 сравнения всех каналов вырабатывают сигналы отказов, поступающие на эле-. менты И 92 всех блоков 6 адаптации..

Сигналы на выходе элементов 92 по стробирующим сигналам устанавливают триггеры 10 блоков 6 в единич1Ф It ное состояние, логические 1 с выходов которых через свои элементы ИЛИ 111 и 11.6 поступают на разре-. шающие входы дешифраторов 13 кодов управления, по которым выходной сигнал дешифраторов 13 вырабатывается в зависимости от кода на выходах элементов 11, Так как элементы внутриканального контроля первого и второго каналов вырабатывают сигналы

35 отказов, ° то на входах, дешифраторов 13 присутствует код 1!0, по котррому .на управляющих входах элементов 3 устанавливается код 001 и на выходные магистрали 5 пропускается инфсрмация блока 1 третьего канала.

Отказ канала с последующим восста новлением работоспособности. При работе с одним отказавшим каналом, например первым, элемент 4 сравнивает информацию своего канала с информацией исправного (в данном случае с информацией второго канала, которая пропускается элементами 3 с выхода блока 1 второго канала на магист-. раль 5). В том случае, если отказ в первом канале устранится, например процессор работает с отказавшей страницей ПЗУ или ОЗУ, а затем переходит. на работу с исправной страницей, то элемент 4 сравнения первого канала не вырабатывает сигнал .ошибки.

Так как таймер 7 блока 6 первого канала запущен предыдущим сигналом отказа с выхода элемента 4 и отрабатывает время, а счетчик 8 не увеличивает своего состояния, то на первом его выходе не появляется сигнал сброса таймера 7 и через установлен- ное время последний вырабатывает сигнал, по которому триггер 10 устанавливается в нулевое состояние и на разрешающих входах дешифраторов 13 кодов управления. появляется логический "0".. На выходах дешифраторов 13 устанавливается код 111, по которому элементы 3 переходят на работу н мажоритарном режиме.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет повышенную надежность за счет восстановления мажоритарной конфигурации при восстановлении работоспособности ранее отказавших каналов особенно в условиях помех и сбоев информации.

1174929

1174929

6 4

94к

Составитель В.Максимов

Редактор Л.Гратилло Техрсд М. IapoqaA Корректор A.Îáðó÷àð

Закаэ 5201/50 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4