Устройство для реконфигурации резервируемых блоков
Сущность изобретения: устройство содержит: 3 резервируемых блока (1, 2, 3), 3 схемы сравнения (5. 25. 28). 1 дешифратор состояний (8), 1 триггер (1.1). 3 элемента И
ф
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕН)- ОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4856174/24 (22) 01.08.90 (46) 23.02,93. Бюл. 3Ф 7 (71) Конструкторское бюро злектроприборостроения (72) H.Ê.Áàéäà, В.Н.Середа, B.C.Õàð÷åíêo, Г.Н.Тимонькин, В.Г.Литвиненко и С.Н.Ткаченко (56) Авторское свидетельство СССР
М 1390612, кл. 6 06 F 11/16, 1986.
Авторское свидетельство СССР
М 1727125. кл. G 06 F 11/20, Н 05 К 10/00, 1990. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕКОНФИГУРАЦИИ РЕЗЕРВИРУЕМЫХ БЛОКОВ (57) Сущность изобретения: устройство содержит: 3 резервируемых блока (1, 2, 3), 3 Ы 1797121 А1. 2 схемы сравнения (5, 25, 28), 1 дешифратор состояний (8), 1 триггер (11), 3 элемента И (12, 13, 14), 3 группы элементов И (29, 30, 31), 1 группу элементов ИЛИ (9), 1 элемент ИЛИ (15), 1 задатчик констант (4), 2 сумматора (24; 27), 2 преобразователя прямого кода в инверсный (23, 26) и 1 регистр (10), 1 выход сигнала исправности (1 7), 2 синхровхода (21, 22), 1 выход сигнала отказа устройства.(20), 1 выход сигнала пониженной точности (19), 1 выход сигнала отказа схем сравнения (18), 1 выход данных (16). 1-24-25-8-14-11 — 319-10-16, 3-26-27-28-8-12-19, 3-23-24, 224, 4 — 25, 4-28, 1-5-8-15-18, 2-5, 3-31, 2-30-9, 1-29-9, 8-30, 8-29, 2-17, 8-31, 2110, 8 — 11-13-20, 22-11-12, 8-13, 15-10. 3 ил., 1 табл. 1797121 Изобретение относится к области цифровой вычислительной технике и может быть использовано при построении высоконадежных устройств на основе разнотипных резервируемых блоков. Известно устройство для контроля вычислительных машин. содержащее два резервируемых блока {машины), элемент сравнения, триггер, коммутатор, элементы . И, ИЛИ. Недостатком указанного устройства является как низкая надежность, обусловленная наличием лишь двух резервируемых блоков, так и низкая достоверность функционирования, обусловленная тем, что возможна только фиксация момента отказа одного из блоков, выдача достоверной информации после этого невозможна. Из известнь.х устройств наиболее близким по технической сути и достигаемому положительному эффекту является устройство содержащее три резервируемых блока, I три схемы сравнения, дешифратор состояний, триггер, три элемента И, три группы элементов И, группу элементов ИЛИ и элемент ИЛИ, причем группы выходов первого из резервируемых блоков подключены соответственно к первой и второй группам входов первой схемы сравнения, входы дешифратора состояний соединены с выходами трех схем сравнения, первый выход— с выходом сигнала исправности устройства, а второй выход — с первым входом первого элемента И, причем входы группы элементов ИЛИ подключены к выходам трех групп элементов И, выход группы элементов ИЛИ является информационным выходом устройства, кроме того информационные выходы первого-третьего резервируемого блоков соединены соответственно с первыми входами первой-третьей групп элементов И. В связи с этим целью изобретения является повышение надежно ти устройства. Сущность изобоетгния состоит в увеличении надежности путем обеспечения решения задач третьим резервированным блоком по более простым ("грубым") алгоритмам, на основе применения более простых и надежных и ро грамм но-аппаратныхсредств; организации контроля за разностью между значениями, выдаваемыми первыми двумя и третьим блоками; организации поразрядного сравнения данных, поступающих с выходов первых двух блоков. Задатчих констант, первый и второй блоки сравнения, каждый из которых содержит преобразователь кода, сумматор, элемент сравнения и обусловленные ими связи позголяюторган.;зевать контроль за разностью между значениями данных на выходах первого, второго и третьего блоков, Триггер, третий элемент И и обусловленные ими связи позволяют реализовать 5 управление группами элементов ИЛИ в зависимости от состояния резервируемых блоков. Первый и второй элементы И и обусловленные ими связи предназначены для фор10 мирования сигналов о работе устройства с пониженной точностью и об отказе последнего соответственно. Регистр и обусловленные им связи предназначены для временного хранения 15 данных, выдаваемых на выход устройства. На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для реконфигурации; на фиг.2 — функциональная схема первого (второго) блоков сравнения; на фиг.3 — временная диаграмма работй устройства. В таблице приведены соответствия функционирования дешифратора. На фиг.1-3 использованы следующие обозначения: 1-3 — первый-третий резервируемые блоки, 4 — задатчик констант, 5 — 7— первый-третий блоки сравнения, 8 — дешифратор состояний, 9 — группа элементов ИЛИ, 10 — регистр, 11 — триггер, 12 — 14 — первыйтретий элементы И, 15 — элемент ИЛИ, 16— выход данных устройства, 17 — выход сигнала исправности устройства, 18 — выход "отказ блоков сравнения" устройства, 19— выход сигнала пониженной точности устройства, 20 — выход сигнала отказа устрой35 ства, 21, 22 — первый и второй синхровходы . устройства 23(26) — первый и второй преобразователи прямого кода s обратный, 24(27) — первый (второй) сумматор, 25{28) — первая (вторая) схема сравнения, 29-31 — первая40 третья группа элементов И; Первый 1, второй 2 резервируемые блоки, а также третий резервируемый блок 3 предназначены для синхронной выдачи требуемых данных по тактовым импульсам, по45 ступающим с первого входа синхронизации устройства. Причем в случае исправности блоков данные на выходах первого 1 и второго 2 блоков должны совпадать, а на выходе третьего 3 отличаться не более, чем на 50 заранее заданную величину. Первые два блока проводят вычисления по гораздо более-сложным. но и более точным алгоритмам {кроме того, они могут иметь более сложную аппаратурную реализацию). чем третий блок, проводящий вычисления по грубым, но простым и небольшим алгоритмам (аппаратная реализация также может быть существенно проще). Вследствие этого надежность третьего блока может быть существенно выше надежности как аппарат1797121 10 ной, так и програм«лной, двух первых (иден. тичных блоков). Блоки сравнения 6, 7 предназначены для вычисления разности между данными на выходе первого блока 1 и выходе третьего 3, и выходе второго блока 2, и выходе третьего 3 соответственно. Преобразователи кода 23, 26 первого 6 и второго 7 блоков сравнения предназначены для преобразования данных, поступающих с выхода третьего блока 3, из прямого кода в обратный для последующей реализации вычитания. Сумматоры 24, 27 первого 6 и второго 7 блоков сравнения предназначены для оты-. скания разнзсти между данными на выходах первого блока 1 и выходом второго 3 и между данными на выходах второго блока 2 и выходом третьего 3 соответственно. Схемы сравнения 25, 28 предназначены для проверки того, превышает ли разность, поступающая с выходов сумматоров 24, 27 соответственно, заранее заданную величину, поступающую с выхода задатчика 4 констант. Дешифратор состояний 8 предназначен .для определения состояния устройства в соответствии с сигналами, поступающими с выходов элемента сравнения 5, nepsoro 1 и второго 23 блоков сравнения. Группа элементов ИЛИ 9, первая 29— третья 31 группы элементов И.предназначены для коммутации на вход регистра 10 выхода соответствующего резервируемого блока в соответствии с управляющими сигналами. Регистр 10 предназначен для временного хранения данных, выдаваемых на выход 16 данных устройства. Триггер 11. элемент И 14 предназначены для управления третьей группой элементов И в зависимости от состояния третьего резервируемого блока 3. Элемент И 12 предназначен для формирования сигнала "говорящего" о том, что на выход 16 устройства поступают данные с выхода третьего блока 3. Элемент И 13 предназначен для формирования сигнала об отказе устройства в целом. Элемент ИЛИ 15 предназначен для формирования сигнала о том, что один из блоков сравнения б, 7 или схема сравнения 5 отказали. Устройство работает следующим образом. Все резервируемые блоки 1 — 3, а также задатчик констант 4 работают синхронно. Причем данные на выходах всех трех блоков могут изменяться только по заднему фронту 55 импульсов. поступающих с синхровхода 21 устройства, изменение данных происходит не обязательно в каждом такте (в зависимости от решаемых задач, см. фиг.3). В случае "опоздания" изменения данных э от резервируемый блок считается отказавшим. Итак, в исходном состоянии триггер 11 в нулевом состоянии, все резервируемые блоки исправны, а значит данные на выходах первого 1 и второго 2 резервируемых блоков совпадают, а на выходе третьего 3— отличаются не более, чем на константу, вырабатываемую задатчиком 4 констант, т,е. лежат в заданном диапазоне. Следовательно, на инверсном выходе элемента сравнения 5 будет нулевой потенциал, на выходах блоков 6, 7 сравнения также должны быть нули. Рассмотрим работу этих блоков (фиг,2), На А — вход элементов сравнения 25, 28 обоих блоков б, 7 поступает константа с выхода задатчика 4 констант. На первый вход сумматоров 24, 27 поступают данные от первого 1 и второго 2 резервируемых блоков соответственно, а на вторые входы сумматоров — обратный код данных, поступающих с выхода третьего 3 резервируемого блока через преобразователь кода 23(26), в котором происходит преобразование данных в обратный код. Таким образом, сумматоры 24, 27 реализуют вычитание данных и на их выходе получаем разность значений, выдаваемых первь1м, вторым и третьим каналами. Эта разность не должна превышать константы, выдаваемой задатчиком 4 констант, Эта проверка осуществляется с помощью схем сравнения 25, 28. Следовательно, так как все бло" и 1-3 исправны, то разность, поступающая на Ввходы этих элементов сравнения будет не более константы, поступающей на А-входы, — на выходах "А <" элементов сравнения 25, 28, а следовательно — на выходах блоков б, 7 сравнения будут нули (см. фиг.2). Таким образом, на всех трех входах дешифратора состояний 8 — нули. следовательно, на всех его инверсных выходах, кроме нулевого, будут единицы. Нулевой потенциал на выходе 17 устройства свидетельствует об исправности всех резервируемых блоков 1-3. Так как на всех с тальных выходах дешифратора состояний 8 единицы, то первый 29 и второй 30 группы элементов И открыты, их прямые управляющие входы соединены соответственно первого — с выходами 1, 3 и 7. а второго — 5.и 7 дешифратора состояний. Информационные же входы этих двух групп элементов И соединены с выходами первого 1 и второго 2 резервируемых блоков соответственно. Третья же группа 1797121 15 25 40 50 элементов И закрыта, так как на инверсный управляющий вход его поступает единица с выхода 7 дешифратора состояний 8, Информационный вход его соединен с выходом третьего 3 резервируемого блока. Таким образом, на вход группы элементов ИЛИ 9 будут поступать данные с выходов первого 1 и второго 2 резервируемых блоков(далее слово "резервируемых" будем опускать), но так как эти данные полностью совпадают, искажения произойти не может. По заднему фронту очередного тактового импульса эти данные запишутся в регистр 10, попадая на выход 16 данных устройства (см. фиг.3). В таблице приведена полная группа событий, которые могут произойти в устройстве. Итак, на входы дешифратора состояний 8 поступает три сигнала, следовательно, дешифратор состояний может находитсься в восьми состояниях. Первое мы рассмотрели, остановимся на остальных. Первое состояние соответствует случаю, когда схема сравнения 5 выдала сигнал о несовпадении данных на выходах блоков 1, 2 между собой. В то же время.расхождение данных на их выходах по сравнению с третьим каналом s норме, Следовательно, даннь. е могут быть использованы для дальнейшей работы, Одна из возможных причин такого явления — сбой в младших разрядах данных, Для того, чтобы не допустить дальнейшего искажения данных первого 1 и второго 2 блоков при объединении по ИЛИ в группе элементов 9, первая группа элементов И 29 блокируется и данные на вход регистра 10 идут с выхода второго блока 2. Появление единицы на выходе 17 "все исправно" устройства и на выходах 18, 19, 20 говорят о том, что устройство находится именно в таком состоянии, в котором точность данных на выходе 16 находится под некоторым сомнением. Состояния 3 и 5 (см. таблицу) соответствуют отказу какого-либо из блоков 6,? сравнения или cxемы сравнения 5, так как выдается сигнал о несовпадении данных только между первым блоком и третьим блоком 3. B то же время данные на выходах первого 1 и второго 2 блоков и второго 2 и третьего 3 блока совпадают. Ситуация в пятом состоянии аналогична. Следовательно, дать однозначный ответ на выходе какого из блоков 1 — 3 находятся правильные данные невозможно, поэтому на выход 18 "отказ блоков сравнения" устройства выдается единичный потенциал с выхода элемента ИЛИ 15, на инверсные входы которого поступают нули с выхода 2 v, выхода 4 дешифратора состояний 8. Этой же единицей обнуляется регистр 10, Состояние четвертое. Схема сравнения 5 выдает сигнал о несовпадении данных, блок сравнения 6 говорит о превышении разности между данными первого блока 1 и третьего блока 3 константы, т.е. допустимых пределов. Следовательно, первый блок 1 отказал. На выходе 3 дешифратора состояний 8 появляется нуль, который блокирует вто-. рую группу элементов И 30, Теперь на вход регистра 10 поступают данные с выхода второго блока 2. Состояние шесть аналогично выше приведенному с той лишь разницей, что отказавшим считается второй блок 2. а данные . поступают с первого 1. Состояние семь. В этом состоянии происходит превышение разности между данными обоих первого, второго и третьего блоков, а так как данные на выходах первого и второго блоков совггадают, (нуль на выходе элемента сравнения 5), то считаем открзавшим третий блок 3. Данные на выход 16 устройства поступают аналогичному первому состоянию. Но кроме этого нуль с выхода 6 дешифратора состояний 8 поступает на инверсный I-вход триггера, на прямой Квход которого поступает нуль с закрытого элемента И 14 (на одном из его входов нуль с выхода 6 деШифратора 8). По заднему фронту очередного тактового импульса, поступающего с синхровхода 22 устройства, триггер 11 переключается в единичное состояние, на его инверсном выходе будет нуль, который блокирует третью группу элементов И 31. Восьмое состояние, Наличие единицы на всех входах дешифратора состояний 8 говорит о возникновении отказов в двух из трех резервируемых блоков. Так как невозможно определить остались ли исправные блоки или нет, и если "да", то кахой именно, то на вход регистра 10 коммутируется выход третьего блока в предположении, что именно он остался исправным, как самый надежный из трех. При этом на выход 19 сигнала пониженной точности устройства выдается единичный потенциал, свидетельствующий о таком режиме. Но это происходит лишь в том случае. если до этого дешифратора состояний 8 находился не в седы. ом состоянии (см. таблицу, т.е. блок 3 не был признан отказавшим, В противном случае все группы элементов И 29-31 блокируются и очередным импульсом в регистр 10 будут записаны нули (см. фиг.3, шестой. седьмой импульсы). Реализуется это следующим образом. Дешифратор состояний 8 из любого состояния произвольно может пГ .p ..11Tè в любое другое в зависимости от си; > - .. на его 1797121 10 20 40 55 входах. Итак, если до перехода в восьмое состояние дешифратор состояний 8 находился не в седьмом состоянии, то триггер 11 находится к моменту перехода в восьмое состояние в нуле, так как на обоих входах элемента И 14 находились единицы (см. фиг.1 и таблицу), а его выход соединен с К-входом триггера 11. Переход дешифратора состояний 8 из состояния в состояние (за исключением третьего и пятого, переход в которые может произойти в любой момент времени при отказе элемента 5 и блоков 6 и 7, но в этом случае обнуляется регистр 10, выдача ложных данных на выход 16 устройства невозможна) происходит по заднему фронту импульсов, поступающих с первого синхровхода 21 устройства, после измене- ния данных на выходах блоков 1-3. Допустим дешифратор состояний 8 из первого состояния перешел в седьмое. T.е., по заднему фронту импульса, поступающего с первого синхровхода 21 устройства. на выходе 6 дешифратора состояний 8 появляется нуль, который поступает на инверсный l-вход триггера 11. Па очередному (2 и 6-й импульсы на фиг,3) тактовому импульсу, поступающему с второго синхровхада 22 устройства, триггер 11 переходит в единичное состояние, и на его инверсном выходе появляется нуль, который блокирует третью группу элементов И 31. В случае, если после этого дешифратор состояний 8 перешел в любое другое состояние кроме восьмого, то по заднему фронту . очередного тактового импульса с синхравхода 22 устройства триггер 11 вновь переходит в нулевое состояние 4-й импульс, фиг.3), так как нуль с 1-входа исчезает, а на К-входе появляется единйца, идущая с выхода элемента И 14, на оба входа которого поступают теперь две единицы с выходов 6 и 7 дешифратора 8 состояний, Если же из седьмого состояния дешифратор состояний 8 переходит в восьмое, тогда нуль с выхода 7 дешифратора состояний 8 блокирует первые две группы элементов И 29, 30. а нуль с выхода триггера 11 блокирует третью группу элементов И 31. Следовательно, на информационный вход регистра 10 поступают одни нули, которые и будут записаны s него по заднему франту очередного (седьмого, фиг.3) тактового импульса, поступающего с первого синхровхада 21 устройства. Кроме того, на аба инверсные входа элемента И 13 поступают нули с выхода 7 дешифратора состояний 8 и выхода триггера 11. На выход 20 устройства поступает единичный потенциал. сигнализируя об отказе устройства в целом. Если же переход в восьмое состояние произошел из любого другого кроме седьмого. то в этом случае триггер 11 находится в нулевом состоянии. Появление нуля на выходе 7 приводит к блокировке первых двух групп элементов И 29, 30 и деблокировке третьего 31, так как на инверсный управляющий вход поступает нуль с выхода 7 дешифратора состояний 8, а на прямой управляющий вход — единица с выхода триггера 11. Кроме того, эти же сигналы появляются на инверсном и прямом входах элемента И 12, С его выхода единица поступает нЬ выход 19 сигнала пониженной точности устройства, сигнализируя о том, что на выход 16 поступают данные с выхода третьего блока 3. Формула изобретения Устройство для реконфигурации резервируемых блоков, содержащее три резерви руемых блока. три схемы сравнения, дешифратор состояний, триггер, три элемента И, три группы элементов И, группу элементов ИЛИ и элемент ИЛИ, группы в tходов первого из резервируемых блоков подключены соответственно к первой и втооой группам входов первой схемы сравнения, входы дешифратора состояний соединены с выходами трех схем сравнения, первый выход — с выхода.- сигнала исправности устройства. а второй выход — c первым входом первого элемента И, причем входы группы элементов ИЛИ подключены к выходам трех групп элементов И, о т л ич а ю щ е.е с я тем, что, с целью повышения надежности устроиства, в него введены задатчик констант, два сумматора. два преобразователя прямого када в обратный и регистр, выход которого является выходом данных устройства, синхровход соединен с первым синхравходом устройства, вход сброса — с выходом элемента ИЛИ и с выходом сигнала отказа схем сравнения устройства. а группа информационных сходов — с выходами элементов ИЛИ группы, третий и четвертый выходы дешифратора состояний подключены к первому и старому входал соответственно элемента ИЛИ, пятый и шестой выходы — к первым и вторым входам соответственно элементов И первой группы, седьмой выход — к третьим входам элементов И первой группы, к первым входам элементов И второй и третьей групп, к второму входу первого элемента И и к инверснсму входу второго элемента И и v, первому инверсному входу третьего элемента И, выход которого является выходам сигнала отказа устраиства, восьмаи выход дешифратара состояний соединен с втсрыми входами элел1ентов И второй группы, а второй 1737121 выход — с I-входом триггера, С-вход которого подключен к второму синхровходу устройства, К-вход — к выходу первого элемента И. а инверсный выход — с вторым входом элементов И третьей группы, к второму инверсному входу третьего элемента И, к прямому входу второго элемента И, выход которого является выходом сигнала пониженной точности устройства, группа выходов эадатчика констант подключена к первым группам входов второй и третьей схем сравнения, группа выходов первого . резервируемого.блока — к первой группе входов первого сумматора и к группе входов элементов И первой группы; группа выходов второго резервируемого блока — к первой группе входов второго сумматора и к группе входов элементов И второй группы, 5 группа выходов третьего резервируемого блока — к группе входов элементов И третьей группы и через соответствующие преобразователи прямого кода в обратный — к вторым группам входов первого и второ10 го сумматоров, группа выходов каждого из которых соединена с второй группой входов второй и третьей схем сравнения соответственно, причем третий резервируемый блок является эталонным. 1797121 Составитель B.Ëèòâèíåíêo Техред M.Ìîðãåíòýë Корректор О.Кравцова Редактор Т.Иванова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 с Ф Заказ 654 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5
