Устройство для встроенного контроля цифровых схем

 

союз советских

СОЦИАЛ ИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (si)5 6 06 F 11/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Ф

I»

° » (21) 4914919/24 (22) 27.02,91 (46) 23.08.93, Бюл. N 31 (71) Научно-производственное объединение

"Орбита" (72) В,И,Саблина и Ю,И.Дубров (73) B,È.Ñàáëèíà и Ю.И.Дубров (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1425680, кл, 6 06 F 11/26. 88.

Авторское свидетельство СССР

М 1424019, кл. G 06 F 11/26, 88 (прототип). (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВСТРОЕННОГО

КОНТРОЛЯ ЦИФРОВЫХ СХЕМ (57) Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в высоконадежных системах

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в высоконадежных системах управления при повышенных требованиях и достоверности управляющих воздействий.

Такими являются, например, системы управления испытаниями технологического обьекта.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства за счет обнаружения дополнительного класса неисправностей (объекта путем включения элементов, формирующих логику поиска этого класса неисправностей в зависимости от заданной вероятности их отсутствия), Контролируемый обьект (КО) характеризуется следующими свойствами:

1) доступен для наблюдения вектор входных параметров и вектор выходных сигналов как в исправном, так и неисправном состоянии. При этом считаются известными

5U «> 1836685 А3 управления при повышенных требованиях к достоверности управляющих воздействий.

Цель — расширение функциональных возможностей эа счет обнаружения дополнительного класса неисправностей.

Предлагаемое устройство контролирует сам факт появления неисправностей беэ указания причины и места ее возникновения, что вполне приемлемо для объекта, представляющего собой сменный конструктивный модуль, ремонт которого может достигаться

его заменой, выявление этой неисправности предлагается проводить в зависимости от вводимой оператором вероятности P отсутствия неисправности после тестирования. 1 з.п, ф-лы, 7 ил. однозначные соответствия, задаваемые в виде таблиц, формул между значениями входных и выходных векторов;

2) любой контролируемый входной параметр и выходной сигнал КО могут находиться в одном из двух состояний: "0" или

»1"

3) КО не обладает памятью, т.е. не способен накапливать значения входных параметров или выходных сигналов:

4) КО имеет Р входов с числом состояний каждого 2; это означает, что на входах КО может быть сформировано множество X тестовых последовательностей в количестве

M-2 (1) Согласно принятым выше допущениям, для исправного КО каждой ТП Х; 6 Х. удовлетворяющей списанию компонента (e виде формул, таблиц), соответствует определенный выходной сигнал У;. Такую последова1836685 тельность Х будет называть ключевой тестовой последовательностью (КТП);

5) неисправный К0 характеризуется следующим свойством; существует такая последовательность XI 6 Х и Х; Х (где Xi — КТП), что соответствующий ей вектор выходных сигналов % совпадает с У1 КТП.

Цредлагаемое устройство контролирует сам факт появления вышеприведенной неисправности без указания причины и места ее возникновения в КО, что вполне приемлемо для объекта, представляющего собой сменный конструктивный модуль, ремонт которого может достигаться его заменой.

Выявление этой неисправности предлагается проводить в зависимости от вводимой оператором вероятности Р отсутствия неисправности после тестирования.

Исходя из характеристик КО, для заданной вероятности Р кроме КТП генерируется ряд ТП из множества Х с общим числом N; удовлетворяющим условию:

N=MxP, (2) где Р— заданная вероятнос1ь отсутствия неисправности после тестирования, причЕм

И определяется для каждой КТП.

Считается, что распределение сбойных ситуаций по всему объему пространства состояний КΠ— Х (до начала тестирования)— равномерное, в данном контексте под пространством состояний понимается множество всех возможных точек ТП. Точки ТП Х1, Хг, ..., X>, ..., принадлежащие отрезку (0,11), назовем равномерно распределенными, если для любого отрезка L :- (0,1) (с количеством точек на этом отрезке Яу(1)) выполняется условие:

SM(I)iM = 1 3, Мю где ILt - длина отрезка.

Естественно предположить, что оптимальным (в смысле обнаружения неисправностей при минимальных затратах) должно быть равномерное распределение точек в пространстве ТП, генерируемых из общего числа M.

Упорядочим множество Х, поставив в соответствие Х Е X (i M), его порядковый номер I. Тогда все элементы множества X геометрически могут быть представлены в виде окружности из равномерно, расположенных, с шагом, равным I.M точек, сбответствующих элементам множества X.

Генерацию равномерно распределенных точек ТП предлагается осуществлять выполнением следующих действий:

1) на окружности с заданным числом M соответственно пронумерованных точек выбрать случайным образом точку I и считать соответствующую ей ТП первым элементом множества Х выбираемых ТП (X 6 X);

2) вычислить шаг Я равномерной выборки N тестовых последовательностей;

3) двигаясь по окружности с шагом И(от точки 1 в сторону увеличения номеров точек, заполнить множество Х выбираемых ТП, количество элементов которого N определяется уравнением (2).

Следует заметить, что величина N, определяемая уравнением (2), и шаг равномерной выборки должны быть только целыми в силу того, что точки на.кольце натуральные числа. Тогда выражение {2) преобразуется к виду: (М)+ а = 1 при (МхфФО(3) а =0 при(М х pj =0

20 где (М x P) — целая часть произведения; (М х Р) — дробная часть произведения.

Сам принцип формирования множества

Х выбираемых ТП зависит от заданной вероятности Р отсутствия неисправности, а

25 именно:

1) для Р 0,5 производится выбор точек на окружности с шагом И и формируются

ТП, соответствующие выбранным точкам;

2) для Р > 0,5 осуществляется исключе30 ние точек на окружности с шагом Nf и ТП формируются соответствующими остав, шимся точкам.

Это утверждение не требует доказательства, т.к. согласно выражения (3) при N=

35 =М/2 выбирается каждая вторая точка и при увеличении N число выбираемых точек больше числа исключаемых, Шаг равномерной выборки ТП из общего их количества зависит только от заданной вероятности Р отсутствия неисправности

Действительно, для Р 0,5 выбираемые ,точки ТП, разбивая окружность из M равномерно распределенных точек на Nдуг,,располагаются на окружности с шагом W =(М/N).

Количество точек в последней дуге определяется как:

К= М вЂ” 1И х(N 1) (4) при К > W+ 1 обеспечения более равномерного выбора точек вводится дополнитель50 ный шаг выборки%1 =W+1, приэтом шагом

W/1 будет образовано 61 = К-(Ю + 1) дуг, а шагом Я вЂ” образовано 6 = (N-1)-61 дуг.

Равномерное распределение шагов W и W> при разбивке на дуги обеспечивается следу55 ющими условиями:

1) при G» 6 каждый U-ый шаг равен W: шаг 1 =VI1 шагО=W шаг U+ 1 =WI

1836685

10

35 мы работы устройства в режиме 40 тестирования по неключевым ТП. шаг 2U =W где U =(N/G)+ а. а+ 1 при(Й/6} <О или а=О при {N/G) = О.

2) для G1 < 6 каждый 0-й шаг равен Я1, где

a=1,0=(N/G1)+а при(N/G) О илиа=Опри (N/G1) = 0

Аналогичные рассуждения проводятся для P > 0,5 в отношении корректировки шагов равномерного исключения точек с учетом .того, что эти точки разбивают окружность на (M — N) дуг.

Следовательно, при разбивке на дуги может возникнуть две ситуации;

1) используется один шаг выборки W u количество точек в последней дуге определяется для P 0,5 уравнением (4) или для

P > 0,5 уравнением: с шагом W = (М/(М-N));

2) шаги равномерной выборки Nl и W> разбивают окружность на даа вида дуг, соответствующих шагам W u Wi.

Таким образом, обеспечивается относительная равномерность выбора точек, соответствующих ТП, для любого значения заданной вероятности P отсутствия неисправности после тестирования.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 — вариант блок-схемы

БОРНТП; на фиг.3 — алгоритм, иллюстрирующий работу устройства и действий оператора при тестировании вне рабочего режима; на фиг.4 — алгоритм определения шагнув,равномерной выборки; на фиг,5 — алгоритм формирования и генерирования неключевых ТП- на вход КО: на фиг.б— временные диаграммы работы устройствапрототипа; на фиг.7 — временные диаграмУстройство содержит контролируемый объект 1, блок 2 сравнения, генератор 3 тестовых наборов, блок 4 свертки, дешифратор 5 конечного набора, элемент "И-НЕ" 6. элементы "И" 7 и 8, дешифратор 9 эталонной сигнатуры, элемент 10 задержки, первый элемент "ИЛИ-НЕ" 11, генератор неключевых тестовых последовательностей

17, индикатор нагрузки 18, блок обработки результатов работы объекта по неключевым тестовым последовательностям 19, переключатель 20 входа контролируемого объекта, переключатель 21 выхода. признака ошибки и имеет вход 12 данных. вход 13 синхронизации, выход 14 признака ошибки, вход 15 начальной установки, выход 16 данных и вход 22 ввода значения вероятности отсутствия неисправности после тестирова20

55 ния (ОНТП) и поддержaHI1A QI1afloiа of1ppr тора с устройством.

Контролируемый объект характep«ауегся следующими свойствами; — KO имеет 16 кон1ролируемых входов; — одним из режимов работы КО является тестовая проверка, когда ЗВМ имитирует контролируемый при испытаниях параметр в виде заданной последовательности команд (КПТ) и сравнивает результат 1естирования с эталонным значением, Предельное количество ТП, которое можно сгенерировать на входы КО, в соответствии с уравнением (1), определится как;

М=2 =65536

1, КО 1 находится в рабочем режиме и тестирование проводится по КТП с заданной вероятностью отсутствия неисправности после тестирования, (например, равной

1/65536 =- 0,00001, где данное число получено на основании уравнения (1) при условии равновероятности всех состояний КО; время выполнения одного измерения примерно 0,035 мин.).

В этом режиме работы переключателем

20 подсоединяется вход КО к шине 12 (отсоединяется от блока 17), а переключателем 21 подключается заявляемое устройство к шине 14.

При включении питания генератор 3 тестовых наборов и блок 4 свертки устанавливается . в исходное состояние, Это обеспечивает невозможность появления ложного сигнала неисправности из-за несогласованных состояний блоков 3 и 4. Исходным состоянием для генератора 3 является первый тестовый набор, а для блока 4 свертки — нулевой код. Генератор 3 тестовых наборов и блок 4 свертки строятся по единому принципу в виде сдвигового регистра с обратными связями. Также в качестве генератора 3 тестовых наборов можно использовать генератор псевдослучайных наборов.

В процессе выполнения рабочего алгоритма функционирования на вход 12 поступают рабочие воздействия в виде двоичных наборов. При этом устройство для контроля цифровых схем использует часть рабочих воздействий для тестирования объекта при его функционировании без дополнительных временных затрат на тестирование. Блок 2 сравнения сопоставляет двоичные наборы на входе 12 с первым значением КТП на выходе генератора 3. Как только на вход контролируемого объекта 1 поступает набор, совпадающий с первым значением

КТП, на выходе блока 2 сравнения; оявляется единичный потенциал (фиг,б), который разрешает прохождение следующего синх1836685

55 раимпульса, являющегося инициатором смены входного набора на входе 12, через элемент 6 на тактовые входы блоков 3 и 4.

Затем по заднему фронту этого синхроимпульса генератор 3 тестовых наборов формирует следующий тестовый набор, а блок 4 свертки воспринимает реакцию КО 1 íà первый тестовый набор по шине 16. Далее встроенные средства контроля ожидают поступления на входы КО 1 второго тестового набора, после ега появления на входе 12 блок 4 свертки воспринимает реакцию объекта 1 на этот входной набор, а генератор 3 тестооых наборов переключается в состояние, соответствующее третьему тестовому набору, Последующие тестовые наборы выявляются и обрабатываются аналогичным образом, После сжатия блоком 4 свертки реакции объекта 1 на последний тестаоый набор генератор 3 переключается в состояние, соответствующее последнему конечному набору. Дешифратор 5 конечного набора распознает этот набор и на его выходе появляется высокий потенциал, который разрешает прохождение следующего синхраимпульса через элемент 7 на вход элемента 8. Если объект 1 исправен. то состояние блока 4 свертки после с>катия реакций объекта 1 на весь набор КТП совпадает с эталонным, на инверсном выходе дешифратара 9- низкий потенциал, а на выходе 14 устройства остается низкий уровень. В противном случае(в схеме появилась неисправность), сигнатура отличается от эталонной и на выходе 14 появляется единичный импульс, свидетельствующий о наличии в схеме неисправности. Импульс опроса состояния дешифратора 9 эталонной сигнатуры, задержанный элементом 10 на длительность синхроимпульса, через элемент

11 устанавливает генератор 3 тестовых наборов и блок 4 свертки в исходное состояние, и работа устройства повторяется, 2, КО 1 находится вне рабочего режима и тестирование проводится по неключевым

ТП с задаваемой оператором вероятностью атсутстоия неисправности после тестирования. Отключение устройства от шины 14 переключателем 21 и перевод переключателя

20 и положение соединения КО 1 с ГНТП 17 является началом тестирования по неключеоым ТП.

На фиг.3 представлен алгоритм функционирования устройства и действий оператора о этом режиме работы.

На ИН 18 появляется список значений

КТП, и оператору предлагается выбрать КТП и ввести значение вероятности отсутствия неисправности после тестирования с памощью входа 22. На ИН 18 выводится информация о параметрах проводимого тестирования; значение КТП, количество генерируемых ТП, обеспечивающих задаваемую вероятность ОНПТ, временные затраты. Используя вход 22, оператор продолжает тестирование нажатием клавиши пуск (например, клавиша "Р" на клавиатуре), или вводит новое значение вероятности, B ГНТП 17 производится определение шагов равномерной выборки в соответствии с вышеприведенными теоретическими выкладками и алгоритмом, представленным на фиг.4.

ГНТП 17 формирует ТП в виде 16-позиционных двоичных чисел в диапазоне от

00000000000000000 до 1111111111111111 с общим количеством М, равным:

М = 2 = 65536

Причем две ТП отличаются друг от друга не менее, чем на 1, Формирование множества

X тестовых последовательностей осуществляется следующим образом;

Х1 = 0000000000000000

Xz = 0000000000000001

Хз = 0000000000000010

Х4 = 0000000000000011

Х65536 =. 1111111111111111

После нажатия клавиши ПЧСК в

БОРНТП 19 из ГНТИ 17 поступает установочный сигнал, инициирующий начало работы БОРНТП, Эта же сигнал через элемент 34 поступает на вход разрешения блока 4 свертки и переводит его в исходное состояние (фиг.7), ГНТП 17 подает на вход КО 1 выбранную оператором ЕТП. По заднему фронту инвертированного и задержанного на время срабатывания КО 1 элементом 29 задержки установочного сигнала с ГНТИ 17 блок

4 воспринимает реакцию КО 1 на КТП по шине 16 и переписывает ее в элемент 25 памяти, Запись в элемент 25 памяти разрешает установочный сигнал ГНТИ 17. задержанный элементом 28 на время срабатывания КО 1 и блока 4 свертки.

ГНТП 17 формирует и подает на вход КО

1 ТП в соответствии с алгоритмом (приведен на фиг.5) и теоретическими выкладками на стр.4-6:

Шаг 1, Генерация случайным образом первой выбираемой точки с номером i (0.»

Ы» »65535) и определение первого элемента X> =! множества Х выбираемых ТП.

Шаг 2. Формирование множества Х выбираемых ТП:

2.1. Определение номера второй выбираемой точки для Р» 0,5:

j=! Напри!+64»М!

836685

J= M — (1+W) при i+W» > M или вычисление номера исключаемой точки для Р > 0,5, j =! — 1 + W» при i =- 1 + М/» < M

j - M — (i — 1 + W») при i — 1 + Щ, > M

2.2. Определение номера следующей выбираемой (исключаемой) точки:

J = j + О/» при j + 64 < М

j = M — (j + W»).при J + W» > M.

2.3, Повторять п,2.2 пока количество выбираемых точек не станет равным N или количество исключаемых точек не станет равным (M — N).

W» принимает значение W или М/! или

W! - W, если определен один шаг.

При этом ТП, совпадающие со значениями с другими КТП, рассматриваются не как ключевые.

Примечание. Функциональное назначение счетчиков, представленных на фиг.5, следующее: — счетчик генерируемых ТП на входы КО определяет момент окончания цикла тестирования; — счетчик неисправности оп ределяет количество ТП, для которых обнаружена неисправность, с целью передачи этого значения в ИН 18 дл предъявления оператору дополнительной информации об общем количестве обнаруженных устройством неисправностей для заданной вероятности.

После прохождения установочного сигнала с ГНТН 17, задержанного элементом

28, сохраняется значение реакции КО 1 на

КТП в элементе 25 памяти. Этот же установочный сигнал, дополнительно задержанный элементом 27 на время срабатывания элементов памяти 25 и сравнения 24 и инвертированный элементом 33, закрывает вентиль 26 для устранения появления ложного сигнала неисправности при обработке реакции КО 1 на КТП. После прохождения сигнала устанавливается высокий потенциал на выходе инвертора 33, который не препятствует работе вентиля 26 при обработке реакции КО 1 на последующие неключевые последовательности. Задержанный элементом 23 на время срабатывания блока 4 свертки и формирования ТП блоком 17 сигнал с выхода элемента 29 через элементы 30, 31, 35, 34 поступает на вход разрешения блока

4, переводя его в исходное состояние. Этот же сигнал через время, определяемое элементом 29 задержки. поступает на тактовый вход блока 4 свертки. По заднему фронту сигнала блок 4 воспринимает реакцию КО 1 на ТП по шине 16 и подает ее на элемент 24 сравнения. Если КО 1 неисправен, то на

50 выходе элемента 26 по разрешению сигнала с элемента 30 появляется единичный потенциал. по которому в блоке 18 ИН выводится сообщение о неисправности KO 1.

Реакция K0 на последующие ТП обрабатывается аналогичным образом до появления инвертированного сигнала "код тестирования" с ГНТП на элементе 3 1, который через элемент "ИЛИ" 34 устанавливает блок 4 свертки в исходное состояние и не разрешает прохождение сигнала на тактовый вход блока 4, тем самым выключая

БОРНТП 19, По окончании цикла тестирования контролируемого объекта 1 на ИН !8 предлагается оператору выбрать новое значение КТП иэ приведенного списка и ввегти значение вероятности ОНПТ.

Формула изобретения

1, Устройство для встроенного контроля цифровых схем, содержащее генератор тестовых наборов, блок сравнения, блок свертки, дешифратор эталонной сигнатуры, дешифратор конечного набора, элемент И—

НЕ, два элемента И, элемент задержки и элемент ИЛИ-НЕ, при этом информационный вход блока свертки является входом устройства для подключения к одноименному выходу контролируемой цифровой схемы, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с входами разрешения генератора тестовых наборов и блока свертки, выход генератора тестовых наборов соединен с первым входом блока сравнения и информационным входом дешифратора конечного набора, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с входом синхронизации устройства и первым входом элемента И вЂ” НЕ, выход первого элемента И соединен с входом элемента задержки, и первым входом второго элемента И, второй вход и выход элемента И вЂ” НЕ подключены соответственно к выходу "Равно" блока сравнения и тактовым входам генератора тестовых наборов и блока свертки, первый вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с входом начальной установки устройства, второй вход — c выходом элемента задержки, выход блока свертки подключен к информационному входу дешифратора эталонной сигнатуры, инверсный выход которого соединен с вторым входом второго элемента И,, ыход которого является выходом признака ошибки устройства. о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей за счет обнаружения дополнительного класса неисправностей, оно содержит генератор неключевых тестовых последов:. гельностей, переключатель входа»онтрглируемой

1836685

12 схемы и блок обработки. первый выход которого соединен с тактовыми входами генератора тестовых наборов и блока свертки, второй выход — с входами разрешения генератора тестовых наборов и блока свертки, третий вход — с выходом ошибки устройства по неключевым словам, информационный вход — с выходом блока свертки, а входы конца и установки блока обработки соединены соответственно с одноименными выходами генератора неключевых тестовых последовательностей, тестовый выход которого соединен с первым информационным входом переключателя контролируемой схемы, управляющий вход является входом задания вида контроля устройства, второй информационный вход переключателя контролируемой цифровой схемы соединен с входом подачи воздействия устройства, выход переключателя и его управляющий вход подключены к выходу устройства для подключения к входу контролируемой цифровой схемы, к второму входу блока сравнения и входу задания режима работы устройства соответственно.

2. Устройство по п.1, от л и ч а ю щеес я тем, что блок обработки содержит элемент памяти, элемент сравнения, четыре элемента задержки, два элемента И, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ вЂ” НЕ, три элемента

НЕ, при этом первый вход элемента сравнения соединен с информационными входами

5 блока и элемента памяти, второй вход — с выходом элемента памяти, а выход — с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с третьим выходом блока, вход первого элемента задержки соединен

10 с входом установки блока и первым входом элемента ИЛИ вЂ” НЕ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ и первым входом эле15 мента ИЛИ, выход которого соединен с вторым выходом блока, второй вход элемента

ИЛИ соединен с выходом элемента ИЛИНЕ и входом второго элемента задержки, выход которого соединен с первым выходом

20 блока и входом третьего элемента задержки, выход которого через второй элемент HE соединен с вторыми входами второго элемента И и первого элемента И, третий вход которого соединен с выходом третьего эле25 мента НЕ, вход которого соединен через четвертый элемент задержки с выходом первого элемента задержки и входом записи блока памяти.

Юоэюю

Ка 77 л7ГС

mupuEarvua) 1036685

Напрцмер, т ирана

ucnheR р43еопи sppop ir а5раннму,раценяа а ,РОЮЮ 7ЮЬ Рео мрамор с илабиатуры

Ыом значение 3ерояайми алсулсл&у неис а3ност axle rvermupoкОАичРсй180 ВОЮ пределете ювао&

Втюцмезьнжх Тф мхе3-целая часть лрвоздеденр ихР -Зрабнал enemy юроиД deОЯ

i Я; 1 ", PLY/

1836685

183ббй5

8muwueuh

Сигчал

eeucngu3насац

1836685

rue смею и

Раьрешвиие на аи ис

I юти

Ржщ иал юру иаюи

2б Конец местиродания )

Фиг. 7

Корректор М, Самборская

Редактор

Заказ 3021 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород. ул.Гагарина. 101

Юстанобочни

Я миа

Составитель В. Саблина

Техред M. Моргентал