УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАЖОРИТАРНОГО ВЫБОРА СИГНАЛОВ Российский патент 2010 года по МПК G06F11/18 

Предлагаемое изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при построении высоконадежных резервированных устройств и систем, например резервированных систем для обработки числоимпульсных кодов с возможностью обеспечения синхронной работы всех резервных каналов.

Известно устройство для мажоритарного выбора сигналов [1], содержащее резервируемые блоки, мажоритарный элемент, в каждом канале реверсивный счетчик, элементы ИЛИ, элементы И, элементы И-НЕ, инверторы, элемент сравнения, элемент задержки.

Недостаток этого устройства состоит в сложности реализации и низкой надежности.

Наиболее близким решением к предлагаемому является устройство для мажоритарного выбора сигналов [2], содержащее n каналов, каждый из которых включает m-разрядный реверсивный счетчик, первый и второй элементы И, первый и второй элементы И-НЕ, подключенные своими выходами к первым входам соответственно первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, первые входы первого и второго элементов И-НЕ соединены с прямым и инверсным выходами (m-1)-го разряда реверсивного счетчика, а вторые входы этих элементов И-НЕ соединены соответственно с инверсным и прямым выходом m-го разряда реверсивного счетчика, соединенного своим выходом с первым входом мажоритарного элемента и соответствующими входами мажоритарного элемента других каналов.

Недостаток известного решения [2] состоит в том, что входные импульсные последовательности не синхронизированы между собой, поэтому импульс, поступающий с выхода мажоритарного элемента на суммирующий вход реверсивного счетчика, может совпасть с входным импульсом одной из последовательностей, поступающим на вычитающий вход реверсивного счетчика. В результате возможного "противоборства" фронтов может произойти сбой в работе известного устройства (непредусмотренное изменение кодового состояния реверсивного счетчика). Кроме того, если в результате "противоборства" будет потерян импульс с выхода мажоритарного элемента, известное устройство может сформировать лишний выходной импульс, что соответствует сбою известного устройства.

Задача изобретения - повышение надежности функционирования за счет исключения сбоев устройства.

Эта задача достигается тем, что в устройство для мажоритарного выбора сигналов, содержащее n каналов, каждый из которых включает m-разрядный реверсивный счетчик, первый и второй элементы И, первый и второй элементы И-НЕ, подключенные своими выходами к первым входам соответственно первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, первые входы первого и второго элементов И-НЕ соединены с прямым и инверсным выходами (m-1)-го разряда реверсивного счетчика, а вторые входы этих элементов И-НЕ соединены соответственно с инверсным и прямым выходом m-го разряда реверсивного счетчика, соединенного своим выходом с первым входом мажоритарного элемента и соответствующими входами мажоритарного элемента других каналов, в каждый канал дополнительно введены первый D-триггер, генератор и последовательно соединенные второй, третий, четвертый и пятый D-триггеры, при этом второй вход второго элемента И соединен с выходом первого D-триггера, вход D которого подключен к входной шине, а вход С первого D-триггера соединен с прямым выходом генератора и входом С четвертого D-триггера, инверсный выход генератора соединен с входом С третьего и пятого D-триггера, выход которого подключен к входу R второго D-триггера, вход D которого соединен с его высокопотенциальной шиной питания, вход С подключен к выходу мажоритарного элемента, а выход второго D-триггера соединен с выходной шиной канала, выход третьего D-триггера соединен с вторым входом первого элемента И.

На чертеже приведена блок-схема устройства для мажоритарного выбора сигналов. На этой схеме 1 - мажоритарный элемент, 2 - реверсивный счетчик, 3 и 4 - первый и второй элементы И соответственно, 5 и 6 - первый и второй элементы И-НЕ соответственно, 7 - генератор, 8, 9, 10, 11 и 12 - первый, второй, третий, четвертый и пятый D-триггеры соответственно, 13 - входная шина, 14 - выходная шина, 15 - первый канал, 16 - второй канал, 17 - n-й канал.

Выходы первого 5 и второго 6 элементов И-НЕ подключены к первым входам соответственно первого 3 и второго 4 элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 2. Первые входы первого 5 и второго 6 элементов И-НЕ соединены с прямым и инверсным выходами (m-1)-го разряда реверсивного счетчика 2, а вторые входы этих элементов И-НЕ соединены соответственно с инверсным и прямым выходом m-го разряда реверсивного счетчика 2. Выход реверсивного счетчика 2 соединен с первым входом мажоритарного элемента 1 и соответствующими входами мажоритарного элемента других каналов. Последовательно соединены второй 9, третий 10, четвертый 11 и пятый 12 D-триггеры, второй вход второго элемента И 4 соединен с выходом первого D-триггера 8, вход D которого подключен к входной шине 13, а вход С первого D-триггера 8 соединен с прямым выходом генератора 7 и входом С четвертого D-триггера 11, инверсный выход генератора 7 соединен с входом С третьего 10 и пятого 12 D-триггера, выход которого подключен к входу R второго D-триггера 9, вход D которого соединен с его высокопотенциальной шиной питания U, вход С второго D-триггера 9 подключен к выходу мажоритарного элемента 1, а выход второго D-триггера 9 соединен с выходной шиной канала 14, выход третьего D-триггера 10 соединен с вторым входом первого элемента И 3.

Устройство для мажоритарного выбора сигналов работает следующим образом. Входные сигналы X₁, X₂, Х_П поступают на входы 13 (входы D первого D-триггера 8) соответствующих каналов устройства. Для наглядности примем, что n=3 и все реверсивные счетчики находятся в нулевом состоянии, а логической единице соответствует высокий уровень сигнала. В этом случае нулевые уровни с прямых выходов (m-1)-го и m-го разрядов реверсивного счетчика 2 поступают на первый вход первого элемента И-НЕ 5 и второй вход второго элемента И-НЕ 6 соответственно. В результате на их выходах будет высокий уровень, который и поступит на первые входы первого 3 и второго 4 элементов И. Входной импульс, например X₁, появляется на выходе D-триггера 8 по переднему фронту импульса с прямого выхода генератора 7 (период следования импульсов Т_Г генератора 7 выбирается меньше длительности Т_И входного импульса X₁). Импульс с выхода D-триггера 8 поступает на второй вход второго элемента И 4 и формирует на его выходе высокий уровень, который, поступая на вычитающий вход реверсивного счетчика 2, переводит его в состояние "минус единица" (во всех разрядах единицы). В результате высокий уровень с его прямого выхода старшего разряда m поступит на первый вход мажоритарного устройства 1 первого канала 15 и соответствующие входы остальных каналов. Нулевые уровни с инверсных выходов (m-1)-го и m-го разрядов реверсивного счетчика 2 поступят на первый вход первого элемента И-НЕ 5 и второй вход второго элемента И-НЕ 6, в результате чего на их выходах останется высокий уровень. После того как на любой другой вход устройства, например на второй, поступит импульс X₂, он также будет воспринят реверсивным счетчиков второго канала 16. В результате высокий уровень с прямого выхода его старшего разряда попадает на вход мажоритарного устройства 1 своего канала и соответствующие входы мажоритарного устройства других каналов. При наличии двух высоких уровней на входах мажоритарного элемента 1 всех каналов на его выходе появится высокий уровень, который поступает на вход С второго D-триггера 9 всех каналов. На входе D этого триггера постоянно присутствует высокий уровень U, в результате чего D-триггер 9 устанавливается в единичное состояние по переднему фронту выходного импульса мажоритарного элемента 1. Выходной сигнал второго D-триггера 9 всех каналов поступает на выходную шину 14 и вход D третьего D-триггера 10. Далее последовательно будут устанавливаться в единичное состояние третий D-триггер 10 по переднему фронту импульса с инверсного выхода генератора 7, четвертый D-триггер 11 по переднему фронту импульса с прямого выхода генератора 7, пятый D-триггер 12 по переднему фронту импульса с инверсного выхода генератора 7. Выходной импульс третьего D-триггера 10 всех каналов поступает на второй вход первого элемента И 3 и формирует на его выходе высокий уровень, который поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 2. В результате состояние всех реверсивных счетчиков увеличится на единицу - реверсивный счетчик 2 первого канала 15 и реверсивный счетчик 2 второго канала 16 будут обнулены, а реверсивный счетчик 2 третьего канала 17 перейдет в состояние "+1" (единица в младшем разряде). Если далее на вход третьего канала 17 поступит импульс Х₃, то в соответствии с приведенным описанием этот импульс проходит на вычитающий вход реверсивного счетчика 2 своего канала и переводит реверсивный счетчик 2 третьего канала 17 в нулевое состояние.

После установки пятого D-триггера 12 в единичное состояние его выходной сигнал устанавливает второй D-триггер 9 в нулевое состояние, после чего происходит последовательная установка в нулевое состояние третьего 10, четвертого 11 и пятого 12 D-триггеров и схема приходит в исходное состояние.

Таким образом, устройство выбирает среднюю по числу импульсов последовательность и все выходные сигналы устройства формируются синхронно.

Оценим устойчивость к сбоям предлагаемого и известного [2] устройства. Как следует из приведенного описания устройства для мажоритарного выбора сигналов, вычитание импульсов реверсивным счетчиком 2 производится по переднему фронту импульса с прямого выхода генератора 7, суммирование импульсов производится по переднему фронту импульса с инверсного выхода генератора 7. Это означает, что совпадение моментов суммирования и вычитания импульсов в предлагаемой схеме невозможно, а значит, невозможно "противоборство" фронтов входного импульса на вычитающем входе и импульса с выхода третьего D-триггера 10 на суммирующем входе реверсивного счетчика 2.

В известном [2] устройстве возможно совпадение фронтов входного импульса на вычитающем входе и импульса с выхода мажоритарного элемента на суммирующем входе реверсивного счетчика. Такое совпадение приводит к сбою устройства. Оценим частоту такого события. Пусть период T₁ входных импульсов X₁ первого канала отличается от периода Т₂ входных импульсов Х₂ второго канала на величину ΔТ. Число периодов n, по истечении которых входные импульсы совпадут, будет равно

Время t, по истечении которого будет повторяться совпадение входных импульсов X₁ и Х₂, можно определить в виде

Частоту f появления сбоев можно определить в виде

Если, например, T₁=10 мс, ΔT=10^-2 мс, то f=0,1 с^-1. Иначе говоря, через каждые 10 секунд возможен сбой устройства, который сопровождается потерей либо прохождением лишнего импульса. В течение некоторого времени число этих сбоев станет недопустимым, и это состояние рассматривается как отказ устройства.

В предлагаемом устройстве для мажоритарного выбора сигналов такие сбои исключены, что повышает надежность функционирования устройства.

Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренных авторами решениях не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". В качестве элементов для реализации устройства можно использовать стандартные элементы: реверсивные счетчики, логические микросхемы, мажоритарные элементы, триггеры, генераторы.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №1215113, кл. G06F 11/18, Устройство для мажоритарного выбора асинхронных сигналов.

2. Патент Российской Федерации № 2110835, кл. G06F 11/18, Н05К 10/00, Устройство для мажоритарного выбора сигналов.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при построении высоконадежных резервированных устройств и систем с возможностью обеспечения синхронной работы всех резервных каналов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности функционирования за счет исключения сбоев в устройстве. Технический результат достигается благодаря тому, что устройство для мажоритарного выбора сигналов содержит n каналов, в каждый из которых включены реверсивный счетчик, мажоритарный элемент, D-триггеры, генератор, элементы И и И-НЕ. Устройство исключает возможность "противоборства" фронтов входных импульсов разных каналов, которое может возникать из-за отсутствия синхронизации входных импульсов. Это "противоборство" может приводить к сбою устройства и, как следствие, к потере работоспособности. Устройство повышает надежность функционирования за счет исключения сбоев. 1 ил.

Устройство для мажоритарного выбора сигналов, содержащее n каналов, каждый из которых включает m-разрядный реверсивный счетчик, первый и второй элементы И, первый и второй элементы И-НЕ, подключенные своими выходами к первым входам соответственно первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, первые входы первого и второго элементов И-НЕ соединены с прямым и инверсным выходами (m-1)-го разряда реверсивного счетчика, а вторые входы этих элементов И-НЕ соединены соответственно с инверсным и прямым выходом m-го разряда реверсивного счетчика, соединенного своим выходом с первым входом мажоритарного элемента и соответствующими входами мажоритарного элемента других каналов, отличающееся тем, что в каждый канал дополнительно введены первый D-триггер, генератор и последовательно соединенные второй, третий, четвертый и пятый D-триггеры, при этом второй вход второго элемента И соединен с выходом первого D-триггера, вход D которого подключен к входной шине, а вход С первого D-триггера соединен с прямым выходом генератора и входом С четвертого D-триггера, инверсный выход генератора соединен с входом С третьего и пятого D-триггера, выход которого подключен к входу R второго D-триггера, вход D которого соединен с его высокопотенциальной шиной питания, вход С подключен к выходу мажоритарного элемента, а выход второго D-триггера соединен с выходной шиной канала, выход третьего D-триггера соединен с вторым входом первого элемента И.