Устройство ввода-вывода

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике. Техническим результатом является повышение надежности устройства ввода-вывода. Технический результат достигается за счет введения в устройство ввода-вывода резервных модулей ввода-вывода, микроЭВМ, устройства управления, основного и резервного вторичного источника питания; многоканального коммутатора первичного питания, многоканального коммутатора вторичного питания, дополнительных модулей последовательного кода и формирования матричных команд, ввода канала информационного обмена в микроЭВМ, работающего в режиме «контроллера», введения перекрестных связей между основными и резервными модулями ввода-вывода, микроЭВМ и устройства управления, введения раздельного питания микроЭВМ, модулей ввода-вывода и АЦП, введения возможности питания модулей как от основного, так и резервного вторичного источника питания, а также обеспечения контроля напряжения на шине вторичного питания с помощью АЦП. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике, а именно к области обработки аналоговых и дискретных сигналов, и может быть использовано для сопряжения различных вычислительных систем с исполнительными устройствами и датчиками в ответственной аппаратуре, имеющей повышенные требования к надежности, например, в устройствах управления ракетно-космической техники (РКТ).

К устройствам ввода-вывода, предназначенным для работы в условиях космического пространства с длительным сроком службы, предъявляются повышенные требования по надежности, отказоустойчивости, радиационной стойкости, требования по энергосбережению. Одновременное выполнение данных требований может быть обеспечено при использовании устройств, в которых резервные модули находятся в выключенном состоянии («холодный» резерв).

Известно устройство ввода-вывода (патент РФ № 2524852), содержащее приемопередатчик магистрального канала информационного обмена, контроллер магистрального канала информационного обмена, аналого-цифровой преобразователь, приемник разовых команд (дискретных сигналов), формирователь разовых команд, внутреннюю магистраль информационного обмена (состоящую из шины адреса, шины данных, сигнала чтения и сигнала записи), вход-выход приемопередатчика магистрального канала информационного обмена является входом-выходом магистрального канала информационного обмена устройства ввода-вывода, контроллер магистрального канала информационного обмена соединен с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена, вход-выход данных контроллера магистрального канала информационного обмена, выход данных аналого-цифрового преобразователя, выход данных приемника разовых команд, вход данных формирователя разовых команд соединены между собой при помощи внутренней магистрали информационного обмена, входы приемника разовых команд являются входами разовых команд устройства ввода-вывода, выходы формирователя разовых команд являются выходами разовых команд устройства ввода-вывода, отличающееся тем, что введены приемник сигналов последовательного кода, формирователь сигналов последовательного кода, приемник числоимпульсного кода, блок контроля, состоящий из регистра адреса, регистра данных, элементов «И», «ИЛИ», схемы сравнения, блока выбора адреса (задатчик), формирователя телеметрии, выходы данных приемника последовательного кода, выходы данных приемника числоимпульсного кода, входы данных формирователя последовательного кода, информационные входы регистра данных блока контроля объединены и подключены к шине данных внутренней магистрали информационного обмена, входы приемника последовательного кода являются входами последовательного кода устройства ввода-вывода, выходы формирователя последовательного кода являются выходами последовательного кода устройства ввода-вывода, входы приемника числоимпульсного кода являются входами числоимпульсного кода устройства ввода-вывода, входы аналого-цифрового преобразователя являются входами аналоговых сигналов устройства ввода-вывода, выходы (шина) адреса контроллера магистрального канала информационного обмена объединены с адресными входами аналого-цифрового преобразователя, приемника разовых команд, формирователя разовых команд, приемника последовательного кода, формирователя последовательного кода, приемника числоимпульсного кода, с информационными входами регистра адреса блока контроля и первыми входами схемы сравнения, а выход «чтение» (контроллера магистрального канала информационного обмена) соединен с входом «чтение» аналого-цифрового преобразователя, приемника разовых команд, приемника последовательного кода, приемника числоимпульсного кода и первым входом элемента «ИЛИ» блока контроля, второй вход которого соединен с входом «запись» формирователя последовательного кода, с входом «запись» формирователя разовых команд и выходом «запись» контроллера магистрального канала информационного обмена, выходы регистра адреса блока контроля соединены с первыми входами формирователя телеметрии (ТМ), выходы регистра данных соединены со вторыми входами формирователя ТМ, входы разрешения записи регистров данных и адреса соединены с выходом элемента «И», первый вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а второй вход с выходом элемента «ИЛИ», вход блока выбора адреса является входом задания адреса устройства ввода-вывода, выход блока выбора адреса соединен со вторыми входами схемы сравнения, выходы формирователя ТМ являются выходами телеметрического контроля устройства ввода-вывода.

Недостатками указанного устройства являются: низкая надежность за счет отсутствия резерва, что не позволяет увеличить срок службы и повысить отказоустойчивость устройства ввода-вывода; и низкие функциональные возможности, которые выражаются в отсутствии ввода-вывода последовательного кода для сопряжения исполнительных устройств и датчиков, отсутствие возможности формирования матричных команд, а также отсутствие возможности осуществлять предварительную обработку и анализ входных сигналов.

Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство ввода-вывода (патент RU №2221267), характеризующееся тем, что оно содержит приемопередатчик магистрального канала информационного обмена, контроллер магистрального канала информационного обмена, микроЭВМ, дешифратор, первый триггер, второй триггер, буферный элемент, аналого-цифровой преобразователь, мультиплексор, многоканальный цифроаналоговый преобразователь, приемник разовых команд, формирователь разовых команд, внутреннюю магистраль информационного обмена, трехканальный таймер, мажоритарную схему, при этом вход-выход приемопередатчика магистрального канала информационного обмена является входом-выходом магистрального канала информационного обмена устройства ввода-вывода, контроллер магистрального канала информационного обмена соединен с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена, интерфейсный вход-выход контроллера магистрального канала информационного обмена, интерфейсный вход-выход микроЭВМ, выход данных аналого-цифрового преобразователя, вход кода номера канала мультиплексора, выход данных приемника разовых команд, вход данных формирователя разовых команд соединены между собой при помощи внутренней магистрали информационного обмена, разряды адреса с нулевого по второй внутренней магистрали информационного обмена соединены с соответствующими входами дешифратора, нулевой разряд данных внутренней магистрали информационного обмена соединен с входом данных первого триггера, выход буферного элемента соединен с пятнадцатым разрядом данных внутренней магистрали информационного обмена, сигнал чтения внутренней магистрали информационного обмена соединен с первым разрешающим входом дешифратора, сигнал записи внутренней магистрали информационного обмена соединен с нулевым разрешающим выходом дешифратора, выход последовательного интерфейса микроЭВМ соединен с входом многоканального цифроаналогового преобразователя, выходы которого являются выходами аналоговых сигналов устройства ввода-вывода, первый выход дешифратора соединен с управляющим входом многоканального цифроаналогового преобразователя, второй выход дешифратора соединен с входом сигнала сброса трехканального таймера, третий выход дешифратора соединен с входом синхронизации первого триггера, выход первого триггера соединен с входом синхронизации первого триггера, выход первого триггера соединен с входом сигнала разрешения счета трехканального таймера, четвертый выход дешифратора соединен с управляющим входом формирователя разовых команд, пятый выход дешифратора соединен с управляющим входом приемника разовых команд, шестой выход дешифратора соединен управляющим входом мультиплексора, седьмой выход дешифратора соединен с входом сигнала запуска аналого-цифрового преобразователя, восьмой выход дешифратора соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, выход мультиплексора соединен с входом аналогового сигнала аналого-цифрового преобразователя, первый, второй, третий выходы трехканального таймера соединены соответственно с первым, вторым, третьим входами мажоритарной схемы, выход которой является выходом сигнала таймера устройства ввода-вывода, выход сигнала готовности аналого-цифрового преобразователя соединен с входом синхронизации второго триггера, входы мультиплексора являются входами аналоговых сигналов устройства ввода-вывода, входы приемника разовых команд являются входами разовых команд устройства ввода-вывода, выходы формирователя разовых команд являются выходами разовых команд устройства ввода-вывода, седьмой выход дешифратора соединен с входом сброса второго триггера, вход данных которого подключен к источнику сигнала логической единицы, восьмой выход дешифратора соединен с разрешающим входом буферного элемента, выход второго триггера соединен с входом данных буферного элемента.

Недостатком данного устройства является: низкая надежность, которая не позволяет увеличить срок службы и повысить отказоустойчивость; недостаточные функциональные возможности, которые выражаются в отсутствии возможности ввода-вывода последовательного кода для сопряжения исполнительных устройств и датчиков, отсутствие формирователя матричных команд, а также отсутствие канала информационного обмена работающего в режиме «контроллера» (МКИО-К), что не позволяет обеспечить обмен данными с датчиками систем, имеющими магистральный канал информационного обмена в соответствии с ГОСТ Р52070-2003.

Для заявленного устройства выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: устройство ввода-вывода, содержащее микроЭВМ с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена и контроллером магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства», внутреннюю магистраль информационного обмена и модули ввода-вывода: аналого-цифровой преобразователь, приемник разовых команд, формирователь разовых команд, при этом вход-выход приемопередатчика магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства» является входом-выходом магистрального канала информационного обмена устройства ввода-вывода в режиме «оконечного устройства», контроллер магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства» соединен с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства», входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) являются входами аналоговых сигналов устройства ввода-вывода, входы приемника разовых команд являются входами разовых команд устройства ввода-вывода, выходы формирователя разовых команд являются выходами разовых команд устройства ввода-вывода.

Описанное устройство принято за прототип изобретения.

Технической проблемой изобретения является разработка (изготовление) устройства с повышенной надежностью за счет введения резервных модулей ввода-вывода, микроЭВМ, устройства управления, а также высокими функциональными возможностями, за счет введения дополнительных модулей последовательного кода и канала информационного обмена в микроЭВМ, работающего в режиме «контроллера», позволяющего управлять внешними датчиками и устройствами.

Техническая проблема решается за счет того, что в устройство ввода-вывода, содержащее микроЭВМ с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена и контроллером магистрального канала информационного обмена работающих в режиме «оконечного устройства», внутреннюю магистраль информационного обмена и модули ввода-вывода: аналого-цифровой преобразователь, приемник разовых команд, формирователь разовых команд, при этом вход-выход приемопередатчика магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства» является входом-выходом магистрального канала информационного обмена устройства ввода-вывода в режиме «оконечного устройства», контроллер магистрального канала информационного обмена в режиме оконечного устройства соединен с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена в режиме оконечного устройства, входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) являются входами аналоговых сигналов устройства ввода-вывода, входы приемника разовых команд являются входами разовых команд устройства ввода-вывода, выходы формирователя разовых команд являются выходами разовых команд устройства ввода-вывода, введены: резервная микроЭВМ, резервная внутренняя магистраль информационного обмена, основное и резервное устройство управления, основной и резервный вторичный источник питания; многоканальный коммутатор первичного питания, многоканальный коммутатор вторичного питания, а в состав модулей ввода-вывода введены основные и резервные формирователи матричных команд и приемопередатчики последовательного кода, резервные: аналого-цифровой преобразователь, приемник разовых команд, формирователь разовых команд; в каждую микроЭВМ введены: приемопередатчик и контроллер магистрального канала информационного обмена в режиме «контроллера» и контроллер внутренней магистрали информационного обмена, а устройства управления и модули ввода-вывода содержат оконечное устройство внутренней магистрали информационного обмена, имеющие основной и резервный вход-выход информационного обмена, причем основные входы-выходы оконечных устройств внутренней магистрали информационного обмена основных модулей ввода-вывода и основного устройства управления объединены при помощи основной внутренней магистрали информационного обмена с резервными входами-выходами оконечного устройства внутренней магистрали информационного обмена резервных модулей ввода-вывода и резервного устройства управления и соединены с выходом контроллера внутренней магистрали информационного обмена основной микроЭВМ; а основные вход-выходы оконечных устройств внутренней магистрали информационного обмена резервных модулей ввода-вывода и резервного устройства управления объединены при помощи резервной внутренней магистрали информационного обмена с резервными входами-выходами оконечного устройства внутренней магистрали информационного обмена основных модулей ввода-вывода и основного устройства управления и соединены с выходом контроллера внутренней магистрали информационного обмена резервной микроЭВМ; входы аппаратных команд устройства управления, входы-выходы модулей ввода-вывода являются соответственно входами-выходами устройства ввода-вывода, вход-выход приемопередатчиков магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства» являются входом-выходом магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства» устройства ввода-вывода, вход-выход приемопередатчиков магистрального канала информационного обмена в режиме «контроллера» являются входом-выходом магистрального канала информационного обмена в режиме «контроллера» устройства ввода-вывода, контроллер магистрального канала информационного обмена основной и резервной микроЭВМ соединен соответственно с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена основной и резервной микроЭВМ; шина первичного питания соединена с устройствами управления и, через соответствующие коммутаторы первичного питания, с основным и резервным источниками питания, с источниками питания микроЭВМ и с источниками питания АЦП; выходы основного и резервного вторичных источников питания объедены и образуют шину вторичного питания, которая через соответствующие коммутаторы вторичного питания соединена с устройствами управления и модулями ввода-вывода; входы управления каждого коммутатора соединены соответственно с выходами основного и резервного устройства управления; выход работоспособности каждой микроЭВМ соединен с входами контроля основного и резервного устройства управления.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), на котором обозначены:

1 - магистральный канал информационного обмена, работающий в режиме «оконечного устройства» (МКИО-ОУ);

2 - магистральный канал информационного обмена, работающий в режиме «контроллера» (МКИО-К);

3.1 - основная микроЭВМ;

3.2 - резервная микроЭВМ;

4 - приемопередатчик МКИО-ОУ;

5 - контроллер МКИО-ОУ;

6 - приемопередатчик МКИО-К;

7 - контроллер МКИО-К;

8 - контроллер внутренней магистрали информационного обмена;

9 - вторичный источник питания микроЭВМ;

10 - основная внутренняя магистраль информационного обмена;

11 - резервная внутренняя магистраль информационного обмена;

12 - сигналы работоспособности основной микроЭВМ;

13 - сигналы работоспособности резервной микроЭВМ;

14.1 – основное устройство управления;

14.2 – резервное устройство управления;

15 - оконечное устройство внутренней магистрали информационного обмена;

16.1…16.7 - многоканальный коммутатор первичного питания;

17.1 - основной вторичный источник питания модулей;

17.2 - резервный вторичный источник питания модулей;

18.1…18.12 - многоканальный коммутатор вторичного питания модулей;

19.1 - основной вторичный источник питания АЦП;

19.2 - резервный вторичный источник питания АЦП;

20.1 - основной аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

20.2 - резервный аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

21.1 - основной приемник разовых команд;

21.2 - резервный приемник разовых команд;

22.1 - основной формирователь разовых команд;

22.2 - резервный формирователь разовых команд;

23.1 - основной формирователь матричных команд;

23.2 - резервный формирователь матричных команд;

24.1 - основной приемопередатчик последовательного кода;

24.2 - резервный приемопередатчик последовательного кода;

Еп - шина первичного питания;

Uп - шина вторичного питания модулей;

U1АЦП –шина вторичного питания основного АЦП;

U2АЦП –шина вторичного питания резервного АЦП;

251…25i - входы аппаратных команд управления;

261…26i - сигналы управления многоканальным коммутатором первичного питания;

271…27d - сигналы управления многоканальным коммутатором вторичного питания модулей;

281…28j - входы аналоговых сигналов;

291…29K - входы приемника разовых команд;

301…30m - выходы формирователя команд управления;

311…31R - выходы матричных команд (строки);

321…32S - выходы матричных команд (столбцы);

331…33L - входы приемо-передатчика последовательного кода;

341…34L - выходы приемо-передатчика последовательного кода.

Устройство ввода-вывода состоит из основной 3.1 и резервной 3.2 микроЭВМ, каждая из которых содержит: встроенный приемопередатчик 4 и контроллер 5, магистрального канала информационного обмена работающие в режиме «оконечного устройства», приемопередатчик 6 и контроллер 7 магистрального канала информационного обмена работающие в режиме «контроллера», контроллер 8 внутренней магистрали информационного обмена, вторичный источник питания 9; основного 14.1 и резервного 14.2 устройства управления; основного 20.1 и резервного 20.2 аналого-цифрового преобразователя; основного 21.1 и резервного 21.2 приемника разовых команд; основного 22.1 и резервного 22.2 формирователя разовых команд; основного 23.1 и резервного 23.2 формирователя матричных команд; основного 24.1 и резервного 24.2 приемопередатчика последовательного кода; основного 19.1 и резервного 19.2 вторичного источника питания АЦП; основного 17.1 и резервного 17.2 вторичного источника питания модулей ввода-вывода; многоканального коммутатора 16.1…16.7 первичного питания; многоканального коммутатора 18.1…18.12 вторичного питания модулей.

Приемопередатчик 4 магистрального канала информационного обмена основной и резервной микроЭВМ, работающий в режиме «оконечного устройства», соединен с магистральным каналом 1 информационного обмена устройства ввода-вывода, работающим в режиме «оконечного устройства» (МКИО-ОУ). Приемопередатчик 6 магистрального канала информационного обмена основной и резервной микроЭВМ, работающий в режиме «контроллера», соединен с магистральным каналом 2 информационного обмена устройства ввода-вывода, работающим в режиме «контроллера» (МКИО-К).

Контроллер 8 внутренней магистрали информационного обмена основной микроЭВМ через основную внутреннюю магистраль 10 информационного обмена соединен с первым входом/выходом оконечного устройства 15 внутренней магистрали информационного обмена всех основных и резервных модулей и устройства управления. Контроллер 8 внутренней магистрали информационного обмена резервной микроЭВМ через резервную внутреннюю магистраль 11 информационного обмена соединен с вторым входом/выходом оконечного устройства 15 внутренней магистрали информационного обмена всех основных и резервных модулей и устройства управления.

Многоканальный коммутатор 16.1 первичного питания через свои исполнительные элементы 16.2…16.7 коммутирует первичное питание соответственно на вторичные источники питания 9 основной 3.1 или резервной 3.2 микроЭВМ, на основной 17.1 или резервный 17.2 вторичный источник питания модулей и на основной 19.1 и резервный 19.2 вторичный источник питания АЦП. Многоканальный коммутатор 18.1 вторичного питания основных или резервных модулей ввода-вывода через свои исполнительные элементы 18.2...18.12 коммутирует вторичное питание соответственно на основное 14.1 или резервное 14.2 устройство управления и на все основные или резервные модули ввода-вывода.

Выход сигналов 12 работоспособности основной микроЭВМ 3.1 соединен с первыми входами сигналов работоспособности основного 14.1 и резервного 14.2 устройства управления, выход сигналов 13 работоспособности резервной микроЭВМ 3.2 соединен с вторыми входами работоспособности основного и резервного устройства управления. Еп является шиной первичного питания устройства ввода-вывода. Входы 25₁...25i основного 14.1 и резервного 14.2 устройства управления являются входами с первого по i-й аппаратных команд управления устройства ввода-вывода, выходы 26₁...26i основного 14.1 и резервного 14.2 устройства управления являются выходами с первого по i-й аппаратных команд управления для многоканального коммутатора 16.1 первичного питания основных и резервных вторичных источников питания, выходы 27₁...27d основного 14.1 и резервного 14.2 устройства управления являются выходами с первого по d-й аппаратных команд управления для многоканального коммутатора 18.1 вторичного питания основных или резервных модулей, входы 28₁...28_j аналоговых сигналов основного 20.1 и резервного 20.1 аналого-цифрового преобразователя являются входам с первого по j-й аналоговых сигналов устройства ввода-вывода, входы 29₁...29_К основного 21.1 и резервного 21.2 приемника разовых команд являются входами с первого по К-й разовых команд устройства ввода-вывода, выходы 30₁...30_m основного 22.1 и резервного 22.2 формирователя команд управления являются выходами с первого по m-й команд управления устройства ввода-вывода, выходы 31₁...31_R, 32₁...32_S основного 23.1 и резервного 23.2 формирователя матричных команд являются выходами с первого по R-й и с первого по S-й формирователя матричных команд устройства ввода-вывода, входы 33₁...33_L основного 24.1 и резервного 24.2 приемопередатчика последовательного кода являются входами с первого по L-й приема последовательного кода устройства ввода-вывода, выходы 34₁...34_L основного 24.1 и резервного 24.2 приемопередатчика последовательного кода являются выходами с первого по L-й приемопередатчика последовательного кода устройства ввода-вывода.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Обмен данными устройства ввода-вывода осуществляется по магистральному каналу информационного обмена в соответствии с ГОСТ Р52070-2003 (MIL-STD-1553B). При этом микроЭВМ 3 работает как в режиме «оконечного устройства», так и в режиме «контроллера».

В исходном состоянии подключены основная микроЭВМ 3.1, основной вторичный источник питания 19.1 АЦП, основной вторичный источник питания 17.1 модулей, основное устройство управления 14.1, при этом многоканальные коммутаторы 16.2…16.4 первичного и вторичного 18.2…18.6 питания замкнуты, а 16.5…16.7 и 18.7…18.12 разомкнуты. При подаче напряжения на шину Еп первичного питания через многоканальные коммутаторы 16.1 запитываются: вторичный источник питания 9 микроЭВМ 3.1, вторичный источники питания 19.1 АЦП и вторичный источник питания 17.1 модулей. Напряжение с выхода вторичного источника питания 17.1 модулей поступает на шину вторичного питания Uп и далее через многоканальные коммутаторы 18.1 на все модули, по подаче питания осуществляется начальное тестирование микроЭВМ 3.1.

Информация, содержащая команды управления на прием данных из конкретного модуля или запись данных в конкретный модуль устройства ввода-вывода, поступает на магистральный канал 1 информационного обмена и через приемопередатчик 4 и контроллер 5 МКИО-ОУ в основную микроЭВМ 3.1 (на которую подано питание). Основная микроЭВМ 3.1 осуществляет прием, обработку и выдачу полученной информации через контроллер 8 во внутреннею магистраль информационного обмена 10, информация содержит управляющее слово состоящее из адреса оконечного устройства внутренней магистрали информационного обмена 15 необходимого модуля, признак чтения или записи, данные на запись, либо ожидает данные на считывание с конкретного модуля. Кроме того, включенная микроЭВМ осуществляет, контроль работоспособности каждого модуля и устройства управления по информации (например, по ответному слову данных (ОС), содержащему логическую «1» в определенном для каждого модуля бите или слову состояния (СС) каждый разряд которого характеризует наличие питания на модуле, адрес модуля, признаки состояния, с блока АЦП 20.1 (или 20.2) по коду напряжения питания) полученной по внутренней магистрали информационного обмена 10 в соответствии с программными алгоритмами управления. Опрос модулей производится циклически, при получении неверной информации (например, неверного ОС или СС) с любого модуля, производится инициализация конкретного модуля, с которого получена неверная информация, под инициализацией понимается установка и снятие в микроЭВМ сигнала инициализации элементов памяти по внутренней шине информационного обмена 10, равносильно сигналу сброса элементов памяти модуля формируемого по подаче питания, при дальнейшем получении неверной информации микроЭВМ выдает по внутренней магистрали информационного обмена 10 соответствующую команду управления в основное устройство управления 14.1, последний через многоканальный коммутатор 18.1 снимает питание с основного неисправного модуля и подключает его резервный модуль. МикроЭВМ 3.1 при очередном цикле опроса модулей устройства ввода-вывода производит чтение основного устройства управления 14.1 и определяет конфигурацию модулей устройства ввода-вывода, полученная информация при помощи контроллера 5 и приемопередатчика 4 МКИО-ОУ выдается в магистральный канал 1 информационного обмена, при неисправности основного устройства управления 14.1, микроЭВМ по своим алгоритмам переключит его на резервное 14.2. Таким же образом микроЭВМ 3.1, через контроллер 7 и приемопередатчик 6 МКИО-К осуществляет выдачу команд управления в магистральный канал 2 информационного обмена МКИО-К, прием и обработку данных с внешних датчиков системы.

В случае отказа основной микроЭВМ 3.1 будет отсутствовать сигнал работоспособности 12, что вызовет в устройстве управления (основном 14.1 или резервном 14.2) формирование команды на рестарт основной микроЭВМ 3.1, в результате чего восстанавливается нормальная работа микроЭВМ 3.1. В случае повторного отсутствия сигнала работоспособности 12 в устройстве управления (основном 14.1 или резервном 14.2) останавливается перезапуск сторожевого таймера, по срабатыванию которого, устройство управления 14.1 (или 14.2) формирует и выдает команду в коммутатор первичного питания 16.1, который через свои исполнительные элементы 16.2 снимает питание с вторичного источника питания 9 основной микроЭВМ 3.1 и коммутирует на вторичный источник питания 9 резервной микроЭВМ 3.2, после проведения начального тестирования микроЭВМ 3.2, информационный обмен между основными и резервными модулями устройства ввода-вывода и резервной микроЭВМ 3.2 продолжает осуществляться по внутренней магистрали информационного обмена 11 аналогично обмену по внутренней магистрали 10.

МикроЭВМ (основная 3.1 или резервная 3.2) может осуществлять автономное управление внешними устройствами системы по заданным алгоритмам. При получении аппаратной команды по одному из входов 251…25i в устройство управления (основное 14.1 или резервное 14.2) на переход в автономный режим управления, микроЭВМ прекращает прием и выдачу информации по магистральному каналу 1 информационного обмена МКИО-ОУ, продолжает циклический опрос модулей устройства ввода-вывода по внутренней магистрали информационного обмена 10 (или 11), осуществляет прием и обработку данных по магистральному каналу 2 информационного обмена МКИО-К, по результатам обработки полученной информации осуществляет формирование и выдачу команд управления как по внутренней магистрали информационного обмена 10 (или 11), так и по магистральному каналу 2 информационного обмена МКИО-К для внешних датчиков системы по заданным алгоритмам управления.

Ввод аппаратных команд в устройство управления 14.1 (или 14.2) необходим для ручного подключения необходимой конфигурации микроЭВМ, вторичных источников питания и модулей из основного или резервного состава устройства ввода-вывода и для перехода в автономный режим работы или выхода из автономного режима работы. Ввод аппаратных команд для устройства управления 14.1 (или 14.2) производится следующим образом. Аппаратные команды поступают через входы 25₁...25_i устройства управления 14.1 (или 14.2) на исполнительные элементы многоканальных коммутаторов 16.1 или 18.1. Устройство управления 14.1 (или 14.2) при изменении состояния исполнительных элементов производит запись в свои буферные регистры (запись конфигурации устройства ввода-вывода). МикроЭВМ 3.1 (или 3.2), через контроллер 8 и внутреннюю магистраль информационного обмена 10 (или11), циклически опрашивает модули устройства ввода-вывода, при поступлении кода управляющего слова, содержащего адрес оконечного устройства внутренней магистрали информационного обмена 15 устройства управления 14.1 (или 14.2), признак чтения данных, дешифратор устройства управления 14.1 (или 14.2), блокирует обновление данных в буферные регистры и разрешает выдачу информации из буферных регистров. МикроЭВМ 3.1 (или 3.2), через оконечное устройство внутренней магистрали информационного обмена 15, считывает информацию о конфигурации устройства ввода-вывода из буферных регистров устройства управления 14.1 (или 14.2) по внутренней магистрали информационного обмена 10 (или 11) в контроллер 8, обрабатывает её и через контроллер 5 и приемопередатчик 4 МКИО-ОУ выдает в магистральный канал 1 информационного обмена коды состояния устройства ввода-вывода.

Ввод аналоговых сигналов в устройство ввода-вывода производится следующим образом. АЦП 20.1 (или 20.2) производит непрерывный последовательный периодический цикл измерений напряжений с входов 28₁...28_J, преобразование напряжения в двоичный код и запись его в буферные регистры. При поступлении кода управляющего слова, содержащего адрес оконечного устройства внутренней магистрали информационного обмена 15 аналого-цифрового преобразователя 20.1 (или 20.2), признак чтения данных, дешифратор устройства управления АЦП 20.1 (или 20.2) блокирует обновление данных в буферные регистры и разрешает выдачу информации из буферных регистров, информация из буферных регистров через оконечное устройства внутренней магистрали информационного обмена 15 поступает по внутренней магистрали информационного обмена 10 (или 11) в контроллер 8 магистрального канала информационного обмена, обрабатывается микроЭВМ 3.1 (или 3.2) и через контроллер 5, приемопередатчик 4 МКИО-ОУ выдается в магистральный канал 1 информационного обмена.

Кроме того, модуль АЦП 20.1 (или 20.2) обеспечивает контроль и передачу информации о напряжении питания с шины Uп вторичного питания модулей аналогично измерению напряжений с входов 28₁...28_J, при выходе напряжения питания за пределы заданного диапазона, микроЭВМ 3.1 (или 3.2), по соответствующим алгоритмам управления, самостоятельно обеспечивает управление вторичным источником питания 17.1 (или 17.2) модулей через устройство управления 14.1 (или 14.2) и коммутатор 16.1. При наличии соответствующих связей модуль АЦП, может обеспечивать дополнительный контроль напряжений питания ВИП микроЭВМ 3.1 (или 3.2) для передачи информации в устройство управления 14.1 (или 14.2), устройство управления 14.1 (или 14.2) сформирует и выдаст команду в коммутатор первичного питания 16.1, который через свои исполнительные элементы 16.2 снимет питание с вторичного источника питания 9 основной микроЭВМ 3.1 и скоммутирует на вторичный источник питания 9 резервной микроЭВМ 3.2.

Разделение вторичного питания устройства ввода-вывода на питание микроЭВМ, питание модулей и питание АЦП (ВИПы 9, 17, 19) позволяет обеспечить более гибкую (независимую друг от друга) систему управления конфигурацией устройства ввода-вывода, тем самым повышая живучесть и надежность заявленного устройства.

Ввод разовых команд в устройство ввода-вывода производится следующим образом. Разовые команды поступают через входы 29₁...29_К устройства ввода-вывода в устройство управления приемника разовых команд 21.1 (или 21.2) и записываются в его буферные регистры. При поступлении кода управляющего слова, содержащего адрес оконечного устройства внутренней магистрали информационного обмена 15 приемника разовых команд 21.1 (или 21.2), признак чтения данных, дешифратор модуля блокирует обновление данных в буферные регистры и разрешает выдачу информации из буферных регистров, микроЭВМ 3.1 (или 3.2) считывает коды разовых команд из буферных регистров через оконечное устройства внутренней магистрали информационного обмена 15 по внутренней магистрали информационного обмена 10 (или 11) в контроллер 8 и преобразует их в коды команд управления для устройства управления 14.1 (или 14.2), либо через контроллер 5 и приемопередатчик 4 МКИО-ОУ выдает в магистральный канал 1 информационного обмена коды разовых команд, после чего устройство управления модуля 21.1 (или 21.2) обнуляет буферные регистры.

Вывод команд управления устройством ввода-вывода производятся следующим образом при получении информации на входе магистрального канала 1 информационного обмена (адрес и данные для команд управления) через приемопередатчик 4 и контроллер 5 МКИО-ОУ микроЭВМ 3.1 ( или 3.2), через контроллер 8 и внутреннюю магистраль информационного обмена 10 (или 11) выдает управляющее слово оконечного устройства внутренней магистрали информационного обмена 15 формирователя команд управления 22.1 (или 22.2) с признаком записи и данные для формирователя команд управления. Устройство управления формирователя 22.1 (или 22.2) при получении соответствующего управляющего слова, записывает данные в буферный регистр, микроЭВМ 3.1 (или 3.2) вновь выдает управляющее слово и считывает записанные данные из буферного регистра формирователя команд управления 22.1 (или 22.2), при совпадении записанных и считанных данных микроЭВМ 3.1 (или 3.2) через контроллер 8 магистрального канала информационного обмена и внутреннюю магистраль информационного обмена 10 (или 11) вновь выдает управляющее слово с признаком записи и данные разрешающие формировать команду управления, далее устройство управления модуля в соответствии с кодом команды полученным ранее, формирует команды управления на соответствующие выходы 30₁...30m устройства ввода-вывода, далее микроЭВМ 3.1 (или 3.2) через заданный промежуток времени вновь выдает управляющее слово формирователя команд управления 22.1 (или 22.2) с признаком записи и данные останавливающие формирование команды управления, таким образом формируется команда необходимой длительности. В модуле формирователя команд управления 22.1 (или 22.2) существует таймер – сторож, на случай сбоя в обмене по внутренней магистрали информационного обмена 10 (или 11) с микроЭВМ 3.1 (или 3.2), который при срабатывании остановит формирование команды управления и приведет модуль в исходное состояние.

Вывод матричных команд производится следующим образом. При получении информации на входе магистрального канала 1 информационного обмена (адрес и данные для выдачи матричных команд) через приемопередатчик 4 контроллер 5 МКИО-ОУ, микроЭВМ 3.1 (или 3.2) преобразует данные матричных команд в позиционный код, контроллер 8 магистрального канала информационного обмена через внутреннюю магистраль информационного обмена 10 (или 11) выдает управляющее слово оконечного устройства внутренней магистрали информационного обмена 15 и позиционный код для формирователя матричных команд 23.1 (или 23.2) по линиям Х (выводы 31₁...31_R) и линиям Y (выводы 32₁...32_S). Устройство управления формирователя 23.1 (или 23.2) формирует сигнал записи, позиционный код, выставленный на шине данных, записывается в буферные регистры и далее устройство управления в соответствии с принятым кодом формирует импульсы управления заданной длительности и амплитуды и выдает их на соответствующие выходы устройства 31₁...31_R и 32₁...32_S.

Ввод сигналов последовательного кода производится следующим образом. Сигналы последовательного кода поступают через входы 33₁...33_L в устройство управления приемопередатчика последовательного кода 24.1 (или 24.2) и преобразуются в параллельный код, который записывается в буферные регистры, устройство управления приемопередатчика последовательного кода 24.1 (или 24.2) формирует сигнал прерывания для микроЭВМ 3.1 (или 3.2), по которому микроЭВМ 3.1 (или 3.2) через контроллер 8 магистрального канала информационного обмена и внутреннюю магистраль информационного обмена 10 (или 11) выдает управляющее слово оконечного устройства внутренней магистрали информационного обмена 15 приемопередатчика последовательного кода 24.1 (или 24.2) с признаком чтения информации с приемопередатчика последовательного кода 24.1 (или 24.2), дешифратор устройства управления приемопередатчика последовательного кода 24.1 (или 24.2) блокирует обновление данных в буферные регистры приемника и разрешает выдачу информации из буферных регистров, информация из буферных регистров, поступает по внутренней магистрали информационного обмена 10 (или 11) в контроллер 8 магистрального канала информационного обмена и через контроллер 5 и приемопередатчик 4 МКИО-ОУ выдается в магистральный канал 1 информационного обмена.

Вывод сигналов последовательного кода производится следующим образом. При получении информации на входе магистрального канала 1 информационного обмена (адрес и данные в соответствии с полученными командами) через приемопередатчик 4 контроллер 5 МКИО-ОУ, микроЭВМ 3.1 (или 3.2), через контроллер 8 магистрального канала информационного обмена через внутреннюю магистраль информационного обмена 10 (или 11) выдает управляющее слово оконечного устройства внутренней магистрали информационного обмена 15 и данные для формирователя 24.1 (или 24.2) последовательного кода, устройство управления формирователя 24.1 (или 24.2) при получении соответствующего управляющего слова, формирует сигнал записи, информация, выставленная на шине данных, записывается в буферный регистр и далее устройство управления в соответствии с принятой информацией формирует последовательные коды необходимой длительности и амплитуды и выдает их на соответствующие выходы устройства 34₁...34_L.

В приемопередатчиках последовательного кода используется интерфейс RC232 или интерфейс CAN, возможно применение и других интерфейсов.

Таким образом, устройство ввода-вывода в отличие от прототипа позволяет повысить надежность, за счет введения резервных модулей ввода-вывода, резервных микроЭВМ и устройства управления, а также за счет введения перекрестных связей между модулями и микроЭВМ (основными и резервными), введения раздельного питания микроЭВМ, модулей и АЦП, введения возможности питания модулей как от основного так и резервного вторичного источника питания, а также контроль напряжения на шине вторичного питания с помощью АЦП, что позволяет повысить отказоустойчивость устройства ввода-вывода и увеличить срок службы; расширить функциональные возможности, за счет возможности ввода-вывода последовательного кода для сопряжения исполнительных устройств и датчиков, возможности формирования матричных команд, а также возможности обмена по магистральному каналу информационного обмена с датчиками систем, имеющими магистральный канал информационного обмена в соответствии с ГОСТ Р52070-2003 за счет наличия в микроЭВМ контроллера (МКИО-К); что позволяет с помощью микроЭВМ осуществлять предварительную обработку и анализ входных сигналов в зависимости от ситуации, а в аварийных ситуациях поддерживать живучесть бортовой аппаратуры за счет самостоятельного решения задач управления.

В качестве внутренней магистрали информационного обмена используется интерфейс SPI, состоящий из линии синхросигнала передачи данных, линии передачи данных, линии передачи сигнала инициализации элементов памяти.

Устройство ввода-вывода используется в аппаратуре управления космических аппаратов. Для реализации поставленных задач и алгоритмов управления в качестве микроЭВМ использован центральный процессорный модуль (ЦПМ) ЮШКР.468331.036ТУ. Контроллер (в микроЭВМ) и оконечные устройства (в модулях ввода-вывода и в устройстве управления) для внутренней магистрали информационного обмена (интерфейс SPI) выполнены на специализированной микросхеме Н5503ХМ5-171 АЕЯР.431260.159ТУ, позволяющей при необходимости программно менять частоту обмена данными, дополнительно наращивать (изменять) количество применяемых модулей, аппаратно или программно проводить инициализацию (сброс) внутренних элементов памяти устройств управления модулей, реализованных на специализированных микросхемах серии 5522БЦ4АТ1 или ПЛИС 5576ХС7Т. АЦП выполнено на микросхемах 1273ПВ2АТ и 1127КН61Т. В качестве вторичных источников питания использованы ИВЭП27 ИДЯУ.436431.005ТУ, в качестве исполнительных элементов коммутаторов первичного и вторичного питания применены слаботочные электромагнитные реле с двумя устойчивыми состояниями РПС45-1 ЯЛО.452-081ТУ, позволяющие, в случае пропадания и восстановления электропитания, сохранять конфигурацию устройства ввода-вывода.

Из известных авторам источников информации и патентных материалов неизвестна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявляемого объекта.

1. Устройство ввода-вывода, содержащее микроЭВМ с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена и контроллером магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства», внутреннюю магистраль информационного обмена и модули ввода-вывода: аналого-цифровой преобразователь, приемник разовых команд, формирователь разовых команд, при этом вход-выход приемопередатчика магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства» является входом-выходом магистрального канала информационного обмена устройства ввода-вывода в режиме «оконечного устройства», контроллер магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства» соединен с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства», входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) являются входами аналоговых сигналов устройства ввода-вывода, входы приемника разовых команд являются входами разовых команд устройства ввода-вывода, выходы формирователя разовых команд являются выходами разовых команд устройства ввода-вывода, отличающееся тем, что в устройство введены: резервная микроЭВМ, резервная внутренняя магистраль информационного обмена, основное и резервное устройство управления, основной и резервный вторичный источник питания; многоканальный коммутатор первичного питания, многоканальный коммутатор вторичного питания, а в состав модулей ввода-вывода введены основные и резервные формирователи матричных команд и приемопередатчики последовательного кода, резервные: аналого-цифровой преобразователь, приемник разовых команд, формирователь разовых команд; в каждую микроЭВМ введены: приемопередатчик и контроллер магистрального канала информационного обмена в режиме «контроллера» и контроллер внутренней магистрали информационного обмена, а устройства управления и модули ввода-вывода содержат оконечное устройство внутренней магистрали информационного обмена, имеющие основной и резервный вход-выход информационного обмена, причем основные входы-выходы оконечных устройств внутренней магистрали информационного обмена основных модулей ввода-вывода и основного устройства управления объединены при помощи основной внутренней магистрали информационного обмена с резервными входами-выходами оконечного устройства внутренней магистрали информационного обмена резервных модулей ввода-вывода и резервного устройства управления и соединены с выходом контроллера внутренней магистрали информационного обмена основной микроЭВМ; а основные вход-выходы оконечных устройств внутренней магистрали информационного обмена резервных модулей ввода-вывода и резервного устройства управления объединены при помощи резервной внутренней магистрали информационного обмена с резервными входами-выходами оконечного устройства внутренней магистрали информационного обмена основных модулей ввода-вывода и основного устройства управления и соединены с выходом контроллера внутренней магистрали информационного обмена резервной микроЭВМ; входы аппаратных команд устройства управления, входы-выходы модулей ввода-вывода являются соответственно входами-выходами устройства ввода-вывода, входы-выходы приемопередатчиков магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства» являются входом-выходом магистрального канала информационного обмена в режиме «оконечного устройства» устройства ввода-вывода, входы-выходы приемопередатчиков магистрального канала информационного обмена в режиме контроллера являются входом-выходом магистрального канала информационного обмена в режиме «контроллера» устройства ввода-вывода, контроллер магистрального канала информационного обмена основной и резервной микроЭВМ соединен соответственно с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена основной и резервной микроЭВМ; шина первичного питания соединена с устройствами управления и, через соответствующие коммутаторы первичного питания, с основным и резервным источниками питания, с источниками питания микроЭВМ и с источниками питания АЦП; выходы основного и резервного вторичных источников питания объедены и образуют шину вторичного питания, которая через соответствующие коммутаторы вторичного питания соединена с устройствами управления и модулями ввода-вывода; входы управления каждого коммутатора соединены соответственно с выходами основного и резервного устройства управления; выход работоспособности каждой микроЭВМ соединен с входами контроля основного и резервного устройства управления.

2. Устройство ввода-вывода по п.1, отличающееся тем, что в качестве многоканального коммутатора первичного питания и многоканального коммутатора вторичного питания используются реле с двумя устойчивыми состояниями.

3. Устройство ввода-вывода по п.1, отличающееся тем, что шина вторичного питания соединена с одним из входов аналоговых сигналов основного и резервного АЦП.

4. Устройство ввода-вывода по п.1, отличающееся тем, что в качестве внутренней магистрали информационного обмена используется интерфейс SPI.

5. Устройство ввода-вывода по п.1, отличающееся тем, что питание АЦП и микроЭВМ осуществляется от соответствующих собственных вторичных источников питания.

6. Устройство ввода-вывода по п.1, отличающееся тем, что в приемопередатчиках последовательного кода используется интерфейс RC232.

7. Устройство ввода-вывода по п.1, отличающееся тем, что в приемопередатчиках последовательного кода используется интерфейс CAN.