Устройство для контроля логических блоков Советский патент 1988 года по МПК G06F11/26 

1

О)

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для контроля и диагностики логических схем, на этапах

на нулю лишь для узкого класса линейных функций, в спектрах которых содержится коэффициент Sj(iJ) с абсолютной величиной ISj(co)l 2 где

технологического и выходного контроля п - число переменных функций f j(x)

методами цифровой фильтрации с вычислением отдельных значений корре- ляционньк характеристик функций, ре- ализуемьк логическим блоком.

Обычно контроль логической схемы осуществляется по значениям спектральных коэффициентов Sj(to), реализуемых на выходах схемы логических

(число входов логического ) . Для нелинейных ЛФ максимальные коэффициенты в спектрах всегда по модулю 10 меньше величины 2 , и поэтому всег да существует ненулевая вероятность F „д .необнаруживаемого отказа при кон роле по величинам спектральных коэффициентов , Необнаруживаемой минифункций(ЛФ).(х) , j 1,2,,.. аШ.При 15 мальной ошибкой при контроле noS,-(w)

этом вероятность возникновения необнаруживаемого отказа или сбоя равявляется двукратная ошибка на аргумен

тах X и X в следующих ситуациях. I

1)f (х) - f:(x) И wal(u)j.x) -wal(u),x )

2)(x) fj(x) и wal(uj,x) wal wpi),

на нулю лишь для узкого класса линейных функций, в спектрах которых содержится коэффициент Sj(iJ) с абсолютной величиной ISj(co)l 2 где

п - число переменных функций f j(x)

п - число переменных функций f j(x)

(число входов логического ) . Для нелинейных ЛФ максимальные коэффициенты в спектрах всегда по модулю меньше величины 2 , и поэтому всегда существует ненулевая вероятность F „д .необнаруживаемого отказа при конт роле по величинам спектральных коэффициентов , Необнаруживаемой миниявляется двукратная ошибка на аргумен

Изобретение относится к контролю устройств вычислительной техники. Цель изобретения - повышение достоверности контроля. Она достигается за счет использования методов цифровой фильтрации, для чего необходимо обеспечить вычисление отдельных значений корреляционных характеристик функций, реалиэуемьЕ на выходах контролируемых блоков. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, счетчик 5 импульсов, параллельный сумматор 10, блок 11 индикации, элемент И 2, триггеры 3, 14, элемент 4 задержки, 9 элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ, группу 8 триггеров, группу 6 элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ, регистр 12, Группу 13 элементов И. I ил. S СЛ

где wal.(uj,x ) - значение функции Уол- ша с номером uJ в точке отсчета (на аргументе) X.

Б справедливости этого утверждения Ыожно убедиться при анализе формулы вычисления, коэффициента Sj(w):

Kj - (Xjl, X х I f. (х) 1, wal(u,x) -1,

:к э Xjl, Хз fx I fj (x) 0, wal(aJ,x) +1),

K 1 X4|, X4 x I fj (x) 1,. wal(6J,x) : +},

Множества X,, X, Xj, X 4. попарно 35 роятность появления сбоя f :(х) при Не пересекаются, а для полностью опреде- аргументе хбХ,, i 1,2,3,4; Р., - ленной ЛФ Х иХ иХэиХ4 X, где X - вероятность искажения при сбое зна- множество всех аргументов х. В по- чения f (х) типа- 1 . РО - веройт- следнем случаеность искажения при сбое значения

К, +К -«-К J+K jj 2 KI+K . . 40, f..(x) типа 0. Ввиду ортогональ о / N ности множеств Х,, X,, Х, X. полу- В принятых обозначениях получим S-(i) i j ч К4-% Обозначим далее Р(Х) - РГ Р(Х)-р,-Р(Х,) + Ро-Р(Х,) P,-P(Xi) +

+ р,р(х,)-РоР(Х,)::+ (ХЗ)-Р,Р(Х) (роР(х,) ,P(XJ)«

x(p,.P(Xj) +.р,Р,(Х2)).

Вероятности Р(Х,|) 1-4 вычисляются как элементы гипергеометрического распределения, В результате

P(Xi) - К,/2 P(XI) ||, Р(Х,)

(K,+K4)(K3+K,j) р.2(,1+К,)( +КО

(2 - + S. (ы))-( Sj(u;)). ) - J

S. (w) f,-(x) wal(u;,x )

1 X J

Пусть К - число аргументов х, сос- тавдяющих множество X j, для которых f j (х) О, wal(uj,x ) -1 . Обозначим это К 1 {X , 1. X х f j(x)0, wai(w,x ), -l.

Пусть соответственно

Кз.

К4

уй P(X,J

Для си1 1метриче55

ской модели отказов, часто встречающейся и характеризующейся соотношением Р ., Р а Р , получим

S;(u))72. Таким обу с

вероятность Р необнаруживаеОбоэначим S

разом, вероятн

мой двукратной ошибки при спектральном контроле определяется выражением

5

Р о Р(/4 - sb

(1)

Следовательно, Рцо О при |S;( 1/2 (ISj. (to) I ). Вместе с тем Р „„воз- растает пропорционально второй степе- ни относительного отклонения ASj « 11/2- Sjl, характеризующего степень нелинейности ЛФ f;(х). Доля ЛФ, спектры которых содержат максимальные коэффициенты, превышающие по аб- солютному значению величину 2 , с ростом числа п переменных резко сокращается и стремится к нулю. Это приводит к низкой достоверности контроля логических схем устройствами, использующими способ контроля по спектральным коэффициентам и построенными на базе данного устройства.

Целью изобретения является повышение достоверности контрюля.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство для контроля логических блоков содержит генератор 1 тактовых импульсов, элемент И 2, триг- гер 3, элемент 4 задержки, счетчик 5, группу 6 элементов Неравнознач ность, контролируемьй логический блок 7, группу 8 триггеров, группу

До поступления первого импульса триггер 3 и счетчик 5 находятся в нулевом состоянии. При этом единичный сигнал с инверсного выхода триг гера 3 подается на первые входы эле ментов И группы 13, на вторые входы которых подаются сигналы, представляющие разряды 1; - i 1-:п, дво ичного числа 2;, записанного в регистре 12. В результате на вторые входы элементов Неравнозначность группы 6 подаются сигналы На пер вые входы элементов Неравнозначность группы 6 подаются нулевые сигналы с первых выходов счетчика 5. В итоге с выходов элементов Неравнозначност группы 6 на информационные входы

9 элементов Равнозначность, параллель-35 контролируемого логического блока 7

ный суммматор 10, блок 11 индикации, регистр задания начальных условий 12 группу 13 элементов И, триггер 14 и вход пуска 15.

Параллельньш сумматор 1 О имеет 40 т-1 входов. При этом выход j-ro, j 1ттп, элемента Равнозначность группы 9 соединен с (1 -(j-l)) входом сумматора 10. Значение 1 определяется с учетом максимального автокорреляци- 45 онного коэффициента В(г) некоторой логической функции f,Cx), реализуемой в логических блоках, подвергаемых контролю;

Устройство работает следукндим об- gQ /разом.

После подачи питания производится установка устройства в исходное состояние. Триггеры 3, 14, счетчик 5, триггеры группы 8 устанавливаются gg в нулевое состояние, в регистр 12 записывается в двоичном коде аргумент с ( tl,, 1...1)„) автокорреляционного коэффициента В(С) выбранподается двоичное число i&O . На выходах логического блока 7 формируются значения контролируемых логических функцийfj(C), j Irm .

После поступления первого тактового импульса триггер 3. устанавливается в единичное состояние. При этом по переднему фронту импульса, подаваемого с прямого выхода триггера 3 на синхронизирующие входы триггеров группы В, приводится запись значений f :(Г), j 1-т в триггере группы 8.

Через время t задержки, формируемой элементом 4 задержки, снимается единичный сигнал с вторых входов эле ментов И группы 13, и прекращается подача сигналов И;, i I-rn на вторые входы элементов Неравнозначность группы 6. В результате двоичное числ О (00...0), характеризующее состояние счетчика 5, через элементы Неноге в качестве кортролируемого параметра логического блока 7. В сумматор 10 записьша тся число Ь, равное

В(Г)

-Z.

В(0

На вход I5 пуска устройства подается импульс запуска, который устанавливает триггер 14 в единичное состояние. При этом единичный сигнал с прямого выхода триггера 14 подается на второй вход элемента И 2. В этом случае тактовые импульсы, поступающие из генератора 1 на первый вход элемента И 2, проходят на счетный вход триггера 3.

До поступления первого импульса триггер 3 и счетчик 5 находятся в нулевом состоянии. При этом единичный сигнал с инверсного выхода триггера 3 подается на первые входы элементов И группы 13, на вторые входы которых подаются сигналы, представляющие разряды 1; - i 1-:п, двоичного числа 2;, записанного в регистре 12. В результате на вторые входы элементов Неравнозначность группы 6 подаются сигналы На первые входы элементов Неравнозначность группы 6 подаются нулевые сигналы с первых выходов счетчика 5. В итоге с выходов элементов Неравнозначность группы 6 на информационные входы

контролируемого логического блока 7

подается двоичное число i&O . На выходах логического блока 7 формируются значения контролируемых логических функцийfj(C), j Irm .

После поступления первого тактового импульса триггер 3. устанавливается в единичное состояние. При этом по переднему фронту импульса, подаваемого с прямого выхода триггера 3 на синхронизирующие входы триггеров группы В, приводится запись значений f :(Г), j 1-т в триггере группы 8.

Через время t задержки, формируемой элементом 4 задержки, снимается единичный сигнал с вторых входов элементов И группы 13, и прекращается подача сигналов И;, i I-rn на вторые входы элементов Неравнозначность группы 6. В результате двоичное числ О (00...0), характеризующее состояние счетчика 5, через элементы Неравнозначность 6 подается на входы логического блока 7, на выходах которого формируются значения контролируемых логических функций f )(0) j гга . Сигналы f -(0), j l-ira поступают на вторые входы элементов Равнозначность группы 9, на первые входы которых подаются сигналы f (C),,i 1тт с выходов триггеров группы 8. В результате с выходов элементов Равнозначность группы 9 на информационные входы параллельного сумматора 10 поступает число

Ь(0)

P(i-il Z 2 f .(0)6 f|(0©t).

При поступлении STOpoi o тактового импульса триггер 3 переходит,в нулевое состояние, и по переднему фронту единичного импульса,, формируемого на инверсном выходе триггера 3 и поступающего, на з равляющий вход сумм а- тора 10, сумматор 10 произведет сложение чисел Ь и Ь(0). Через время t задержки по переднему фронту этого же импульса счетчик 5 увеличит .- свое состояние на единицу, а на выходах элементов И группы 13 вновь сформируется число с. В результате на выходах элементов Неравнозначность групы 6 окажется сформированным числом Сг®), где J (007.,.01) - состояние счетчика 5 после второго тактового импульса. Далее работа схемы продолжается аналогично.

После поступления (2К)-го тактового импульса в счетчике 5 запишется число К, триггер 3 окажется в нулевом состоянии, В результате на информационные входы логического блока 7 с выходов элемен ов Неравнозначность группы 6 подается двоичная комбинация (К © t). На выходах контролируемого блока 7 формируется значение f (К®7), j 1-.

По поступлении (2К+1)го импульса ,триггер 3 перейдет в единичное состояние, в триггеры группы 8 запишут50

ся значения f j-CKO ), J 1-fm, a че- Определим теперь вероятность Р необнаруживаемой двукратной ошибки при контроле по коэффициенту B(i) Необнаруживаемая двукратная ошиб1

рез время t задержки на выходах элементов Неравнозначность группы 6 сформируется двоичная комбинация К, представляющая состояние счетчика 5, На выходах блока 7 появятся сигналы

55

ка на аргументах х, х следуклцих ситуациях:

возникает в

1)если f j(x) f j (х ©-С ) и f j(x) f ,(х ФС ),

2)если f j(x) f j(x e-C ) и f ;(х) f jCx Ф«)

f j(k), j 1-i-m, a на выходах элементов Равнозначность группы 9 сформи

5

0

5

0

5

0

5

руются сигналы f .(К)® f ; (К информационные входы сумматора

), На 10

поступает число b(k) 2 J х

.fj. (k) ® fi() .

При поступлении (2k+2)-ro тактового импульса триггер 3 перейдет в нулевое состояние, и по переднему фронту единичного импульса на инверсном выходе триггера 3 в сумматоре 10 произойдет сложение содержащегося в нем числа с числом bk.

При поступлении (2N)-ro тактового импульса, где N 2 , в счетчике 5 окажется записанным, числом (00.,.0). Единичный сигнал со старшего .(n+l ) -го, разряда счетчика поступит на вход установки нуля триггера 14 и переведет его в нулевое состояние. В результате тактовые импульсы перестанут проходить через элемент И 2, и работа схемы закончится. Если контролируемьй логичеN-1

ский блок 7 исправен, то Ь + И b(k)0

kro 1

И состояние сумматора 10 окажется равным нулю. Результат контроля высвечивается на блоке 11 индикации. Если в логическом блоке 7 имеется неисправность, то результат в сумматоре 0. будет отличен от нуля и по его значению, считываемому с блока 1I индикации, можно судить о характере возникшей неисправности.

Контроль логических блоков по величинам коэффициентов B(i;) модифицированной корреляционной функции В , также как и Контроль по величине спектраль- v ных коэффициентов Sj(w), позволяет обнаруживать однократные сбои, многократные ошибки, сбои четной кратности, приводящие к изменению значения B(t) . Минимальной необнаруживаемой ошибкой при контроле по В(2) является также двукратная ошибка.

Определим теперь вероятность Р необнаруживаемой двукратной ошибки при контроле по коэффициенту B(i) Необнаруживаемая двукратная ошиб55

ка на аргументах х, х следуклцих ситуациях:

возникает в

714483468

Случай X маловероятен для функций f -(х) большой размерности и им можно пренебречь. Пусть

К, |Х,(- IXjl, X х If-(х) f(x Фf) 0 Х , 1х /х х Ф , X,} ,

К (Xjl- , Хг х / fj(x) f(x ФС) 0 Х х /х х Ф-С , X е Х, ,

Kj |Хз1 1Х;(, Xj {х/ fj(x) f. (х ФГ) - П

X j fx /x х ®i: , Xji ,

К+ lx;i , Х х f f .(х) fj(x @П Ib х; {хЬ х е ,

Кроме того, множества Х,,Х,Xj, полностью определенных ЛФ спра-.

подбираются так, чтобы составляливедливо соотношение К К4

области лодпространства размерности 2 В принятых обозначениях В( г)7

(п-1) .в п-мерном пространстве X ар-/2 К ,/ К4. Вероятность Рн опреде- :

гументов X. Очевидно; множества X,,25 ляется выражением х ... Х XJt попарно не пересекаются.

РНО ЬоСР(х,) + p(x;)j + p,tP(X4) p(x;)(X.j) -t- Р(Х з) +р,Р(Х,) + P(Xj)},

P(X.)

где , P, - вероятности искажения

значения ЛФ fj(x) соответственно типов О- 1 и 1 ,

вероятность появления сбоя при аргументе хеХ i 1,2,3,4. Значение Р(Х,), определяемое как элемент гипергеометрического распределения, вьфажается соотношением P(Xi) Р(Х .) К,/2 i 1.2,3,4. Для симметрической модели отказов Ре,- Р Р. Следовательно,

2KiP+2K)(2KiP 2K3P) ( ().

Вввиду того, что Kj+2Kj 2 - -(KI+ 1ф - 2 . - )/2, в путно обозначение bj лучим

л

ВВОДЯ ПО- |

В(С)/2 (2)

поP,, ,b

Анализ формул (1) и (2) показы-

ает, что функции P /bj) и PHO(SJ) эквивалентны. При (Ьj - 1/2) (Sj) получим Р ц,

р5 ио

Нетрудно теперь определить условие выбора оптимального ввда контроля

КС

-, Р

НО

i-

ISjj .lbi - 1/21

(3)

Пусть

0

5

0

g

J If j(x)f/2% где f i(x)l - ранг ЛФ fj(x). у. чисто

встречающихся на практике ЛФ Дх)| -iZ соответственно t- , Из определения спектральных коэффициентов S (w) следует, что S j :J j- . Chfe- довательно, для этих функций S , .; 1/4, Вместе с тем среди коэффициентов В(1) модифицированной корреляционной функции найдутся такие, что Ь,;у 1- 3/4. Отсюда и из условия (3) следует несомнениое пре мущество контроля по коэффициентам модифицированной корреляционной функции для ЛФ f j(x) ранга, меньшего величины 2 . Для остальньвс ЛФ вид контроля, обеспечивакицего лучшую достоверность, определяется условием (3).

Пример. Матрицей Карно а) задана ЛФ fj(x) х,- j) .vxiX4(x jV Xi). Ранг ЛФ fj(x) 574 « 2 . Ее спектр S и мо914А8346 ,10

дифицированная корреляционная функ- максимальным по абсолютной величине ция В представлены соответственно коэффициентом является Sj(lOOl) 5. матрицами б) и в) , В спектре Sj В этом случае S j S j(a))/2 5/16

U),

X,

W,

X.

а)

ш.

в модифицированной корреляционной функции Bj целесообразно выбирать коэффициенты В( О близкие либо к нулю, либо к величине 2 . Здесь выбирается В(1001) 14. Поэтому Ь; В,(с)/2 14/16. Соответственно ISj I 5/16, (b| 6/16. Так .как I S ,- U Ib 3 1/2 , то Р 1 Р „, . Следовательно, для заданной ЛФ f.(х) более достоверным оказывается контроль по корреляционным коэффициентам В(«), где (1101) V (1011) V (ОНО)

Для логических блоков, реализующих множество ЛФ f -(к)}, j- 1-hn, в качестве контролируемых коэффициентов следует выбирать такие коэффициенты 3(4) от одного аргумента D, которые .обеспечивают минимальное зна

я

чение Р

РНО(Ь:), В, ) 1 J

Использование новых элементов Равно

В(0/2

нозНачность группы, элементов Неравнозначность группы, элементов И груп- пы, регистра, группы триггеров выгодно отличает предлагаемое устройство для контроля логических блоков от указанного прототипа,, так как обеспечивается вычисление значения коэффициента модифицированной корреляционной функции для контролируемых логических функций блока. В результате будет достигнута более высокая достоверность контроля для ряда ло- гических функций.

Формула изобретения

Устройство для контроля логических блоков, содержащее генератор такто- вьис импульсов, счетчик, параллель- ный сумматор, блок индикации, вход которого соединен с выкодом парал-. лельного сумматора, о т л. и ч а юто

U),

б)

в)

5

5

Q Q

щ и и с я тем, что, с далью повышения достоверности контроля, уст0 ройство содержит элемент И, первый и второй триггеры, элемент задержки, группу элементов НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, группу триггеров, группу элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ, регистр задания

5 начальных условий и группу элементов И, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго

0 триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом параллельного сумматора и с входом-элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов И группы и со счетным входом счетчика, первая группа разрядных выходов которого соединена с группой первых входов элементов НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ группы, выходы которых являются выходами устройства для под- ключе.ния к входам контролируемого логического блока, первые входы элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ группы являются входами устройства для подключения к выходам контролируемого логического блока И соединены с ин- информационными входами соответствующих триггеров грзгппы, прямые вькоды которых соединены с вторыми входам- элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ группы, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами параллельного сумматора, прямой выход второго триггера соединен, с син5 хронизирующими входами триггеров

группы, выход старшего разряда счетчика соединен с входом сброса первого триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом элемента И, заи144834612

пускающий вход устройства соединен соответствующих элементов И группы, с входом установки первого триггера, выходы которых соединены с вторыми выходы .регистра задания начальных входами соответствующих элементов НЕ- условий соединены с вторьми входами РАВНОЗНАЧНОСТЬ группы.