МЕТОД ФУНКЦІОНАЛЬНОГО КОНТРОЛЮ КОМБІНАЦІЙНИХ ЛОГІЧНИХ ПРИСТРОЇВ НА ОСНОВІ САМОДВОЇСТОГО ДОПОВНЕННЯ ДО РІВНОВАЖНИХ КОДІВ

Д.В. Ефанов, В.В. Сапожников, Вол.В. Сапожников, Д.В. Пивоваров

Èlektron. model. 2019, 42(3):27-52
https://doi.org/10.15407/emodel.42.03.027

АНОТАЦІЯ

Запропоновано метод організаціі систем функціонального контролю (ФК),в якому поєд­нано контроль за належністю кодових слів, що формуються, заздалегідь обраному рівно­важному коду і контроль за належністю кожноі функціі класу самодвоістих функцій. Такий спосіб організаціі систем ФК дозволяє підвищити викривальну здатність у порів­нянні з контролем за методом логічного доповнення до рівноважних кодів або до само­двоістих функцій. Показано, що при організаціі контролю комбінаційних логічних прис­троїв із застосуванням розробленого методу можна використовувати тільки рівноважні коди з  однаковою  кількістю  одиничних  та  нульових  розрядів, тобто коди «r із 2r», де r — вага кодового слова. Приорітет при організаціі системи ФК надано рівноважному коду «2 із 4». Розроблено алгоритми синтезу систем ФК, структури яких є повністю самоперевіряємими відносно одиночних константних несправностей виходів внутріш­ніх логічних елементів. Результати моделювання роботи системи ФК на прикладі до­віль­ного комбінаційного логічного пристрою засвідчили високу ефективність розробленого методу.

КЛЮЧОВІ СЛОВА:

комбінаційний логічний пристрій, система функціонального контролю, контроль технічного стану, виявлення несправностей, самодвоісте допов­нення, рівноважні коди, код «2 із 4».

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1. Ubar R., Raik J., Vierhaus H.-T. Design and Test Technology for Dependable Systems-on-Chip (Premier Reference Source). Information Science Reference, Hershey. New York,IGI Global, 2011, 578 p.
  2. Дрозд А.В., Харченко В.С., Антощук С.Г. и др. Рабочее диагностирование безопас­ных информационно-управляющих систем / Под ред. А.В. Дрозда и В.С. Харченко. Харьков: ХАИ, 2012, 614 с.
  3. Kharchenko V., Kondratenko Yu., Kacprzyk J. Green IT Engineering: Concepts, Models, Complex Systems Architectures // Springer Book series "Studies in Systems, Decision and Control", Vol. 74, 2017, 305 p.
  4. Lala P.K. Self-Checking and Fault-Tolerant Digital Design. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 2001, 216 p.
  5. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики (оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства). М.: Энергоатомиздат, 1981, 320 с.
  6. Согомонян Е.С., Слабаков Е.В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. М.: Радио и связь, 1989, 208 с.
  7. Goessel M., Graf S. Error Detection Circuits. London: McGraw-Hill, 1994, 261 p.
  8. Nicolaidis M., Zorian Y. On-Line Testing for VLSI — А Compendium of Approaches // Journal of Electronic Testing: Theory and Application, 1998, Vol. 12, Is. 1-2, рp. 7—20. DOI: 10.1023/A:1008244815697.
  9. Mitra S., McCluskey E.J. Which Concurrent Error Detection Scheme to Сhoose? // Proc. of International Test Conference, 2000. USA, Atlantic City, NJ, 3-5 October 2000, pp. 985— DOI: 10.1109/TEST.2000.894311.
  10. Гаврилов С.В., Тельпухов Д.В., Жукова Т.Д., Гуров С.И. Использование информа­цион­ной избыточности при построении сбоеустойчивых комбинационных схем // Таври­ческий вестник информатики и математики, 2018,2, № 39, с. 29—44.
  11. Беннеттс Р.Дж. Проектирование тестопригодных логических схем. М.: Радио и связь, 1990, 168 c.
  12. Ryan W.E., Lin S. Channel Codes: Classical and Modern. Cambridge University Press, 2009, 708 р.
  13. Göessel M., Ocheretny V., Sogomonyan E., Marienfeld D. New Methods of Concurrent Checking: Edition 1. Dordrecht: Springer Science+Business Media B.V., 2008, 184 p.
  14. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Дмитриев В.В. Новые структуры систем функционального контроля логических схем // Автоматика и телемеханика, 2017, № 2, с. 127—143.
  15. Dong H. Modified Berger Codes for Detection of Unidirectional Errors // IEEE Transaction on Computers, 1984, Vol. C-33, рp. 572—575.
  16. Piestrak S.J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocłavskiej, 1995, 111 p.
  17. Das D., Touba N.A., Seuring, Gossel M. Low Cost Concurrent Error Detection Based on Modulo Weight-Based Codes // Proc. of IEEE 6th International On-Line Testing Workshop (IOLTW). Spain, Palma de Mallorca, July 3-5, 2000, pp. 171—176. DOI:10.1109/OLT. 2000.856633.
  18. Gallager R.G.Principles of Digital Communication. UK, Cambridge University Press, 2008, 368 p.
  19.  Piestrak S.J., Patronik P. Design of Fault-Secure Transposed FIR Filters Protected Using Residue Codes // 17th Euromicro Conference on Digital System Design, 27-29 August 2014, Verona, Italy, pp. 575-582. DOI: 10.1109/DSD.2014.110.
  20. Тельпухов Д.В., Деменева А.И., Жукова Т.Д., Хрущев Н.С. Исследование и разработка систем автоматизированного проектирования схем функционального контроля комбинационных логических устройств // Электронная техника. Серия 3: Микро­электроника, 2018, № 1, с. 15—22.
  21. Stempkovskiy A., Telpukhov D., Gurov S. et al. R-code for Concurrent Error Detection and Correction in the Logic Circuits // 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 29 January – 1 February 2018, Moscow, Russia, pp. 1430-1433. DOI:1109/EIConRus.2018.8317365.
  22. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Коды Хэмминга в системах функ­ционального контроля логических устройств. СПб.: Наука, 2018, 151 с.
  23. Яблонский С.В. Введение в дискретную математику: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.А. Садовничева, 4-е изд., стер. М.: «Высшая школа», 2003, 384 с.
  24. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Гессель М. Самодвойственные дискретные устройства. — СПб: Энергоатомиздат (Санкт-Петербургское отделение), 2001, 331 с.
  25. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Валиев Р.Ш. Синтез самодвойственных дискретных систем. СПб: Элмор, 2006, 220 с.
  26. Efanov D., Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl. Et al. Self-Dual Complement Method up to Constant-Weight Codes for Arrangement of Combinational Logical Circuits Concurrent Error-Detection Systems // Proc. of 17th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS`2019), Batumi. Georgia, September 13-16, 2019, pp. 136-143. DOI: 1109/ EWDTS.2019.8884398.
  27. Гессель М., Морозов А.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Логическое допол­нение— новый метод контроля комбинационных схем // Автоматика и телемеханика, 2003, №1, c. 167—176.
  28. Morozov A., Gössel М., Saposhnikov V., Saposhnikov Vl. Complementary Circuits for On-Line Detection for 1-out-of-3 Codes // ARCS 2004 – Organic and Pervasive Computing, Workshops Proceedings. March 26, 2004, Augsburg, Germany, pp. 76—83.
  29. Гессель М., Морозов А.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Контроль комбина­ционных схем методом логического дополнения // Автоматика и телемеханика, 2005, № 8, c. 161—172.
  30. Sen S.K., Roy S.S. An Optimized Concurrent Self-Checker Using Constraint-Don’t Cares and 1-out-of-4 Code // National Conference (AECDISC-2008) in Asansol Engineering College, held during 1-2 August 2008.
  31. Das D.K., Roy S.S., Dmitiriev A. et al. Constraint Don’t Cares for Optimizing Designs for Concurrent Checking by 1-out-of-3 Codes // Proc. of the 10th International Workshops on Boolean Problems. Freiberg, Germany, September, 2012, pp. 33—40.
  32. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Построение полностью само­про­веряемых структур систем функционального контроля с использованием равновесного кода «1 из 3» // Электрон. моделирование, 2016, 38, № 6, c. 25—43.
  33. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Пивоваров Д.В. Метод логического дополнения на основе равновесного кода «1 из 4» для построения полностью самопроверяемых структур систем функционального контроля // Там же, 2017, 39, № 2, с. 15—34.
  34. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Пивоваров Д.В. Синтез систем функ­ционального контроля многовыходных комбинационных схем на основе метода логического дополнения // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика, 2017, № 4, с. 69—80. DOI: 10.17223/19988605/41/9.
  35. Morozov A., Saposhnikov V.V., SaposhnikovVl.V., Goessel M. New Self-Checking Circuits by Use of Berger-codes // Proc. of 6th IEEE International On-Line Testing Workshop. Palma De Mallorca, Spain, 3-5 July 2000, pp. 171-176.DOI:1109/OLT.2000.856626.
  36. Reynolds D.A., Meize G. Fault Detection Capabilities of Alternating Logic // IEEE Transactions on Computers, 1978, Vol. C-27, Is. 12, рp. 1093—1098.
  37. Гессель М., Дмитриев А.В, Сапожников В.В, Сапожников Вл.В. Самотестируемая структура для функционального обнаружения отказов в комбинационных схемах // Автоматика и телемеханика, 1999, № 11, с. 162—174.
  38. Carter W.C., Duke K.A., Schneider P.R. Self-Checking Error Checker for Two-Rail Coded Data // United States Patent Office, filed July 25, 1968, ser. No. 747533, patented 26, 1971, NY., 10 p.
  39. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Основы теории надежности и технической диагностики. Санкт-Петербург: Изд-во «Лань», 2019, 588 с.
  40. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Самопроверяемые тестеры для равновесных кодов // Автоматика и телемеханика, 1992, № 3, с. 3—35.
  41. Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Efanov D. Concurrent Error Detection of Combinational Circuits by the Method of Boolean Complement on the Base of «2-out-of-4» Code // Proc. of 14th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS`2016).Yerevan, Armenia, October 14-17, 2016, pp. 126-133. DOI:1109/EWDTS.2016.7807677.
  42. Аксенова Г.П. Необходимые и достаточные условия построения полностью проверяемых схем свертки по модулю 2 // Автоматика и телемеханика, 1979, № 9, с. 126—135
  43. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Классификация ошибок в инфор­мационных векторах систематических кодов // Изв. вузов. Приборостроение, 2015, 58, № 5, с. 333—343. DOI:10.17586/0021-3454-2015-58-5-333-343.

ЕФАНОВ Дмитрий Викторович, д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры «Авто­матика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» Российского университета транспорта, руководитель направления комплексных систем управления ООО «ЛокоТех-Сигнал». Окончил Петербургский государственный университет путей сообщения в 2007 г. Область научных исследований — дискретная математика, надежность и техническая диагностика дискретных систем.

САПОЖНИКОВ Валерий Владимирович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I. Окончил Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта в 1963 г. Область научных исследований — надежностный синтез дискретных устройств, синтез безопасных систем, синтез самопроверяемых схем, техническая диагностика дискретных систем.

САПОЖНИКОВ Владимир Владимирович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I. Окончил Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта в 1963 г. Область научных исследований — надежностный синтез дискретных устройств, синтез безопасных систем, синтез самопроверяемых схем, техническая диагностика дискретных систем.

ПИВОВАРОВ Дмитрий Вячеславович, аспирант кафедры «Автоматика и телемеха­ни­ка на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сооб­щения  Императора Александра I, который окончил в 2016 г. Область научных исследова­ний — техническая диагностика дискретных систем, математическое моделирование.

Повний текст: PDF