Устройство для перезапуска и контроля электропитания микроЭВМ Советский патент 1993 года по МПК G06F11/30 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в микропроцессорных системах для контроля работы микроЭВМ в реальном масштабе времени при включениях и сбоях питания.

Целью изобретения является повышение достоверности работы устройства.

На фиг,1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2-4 - временные диаграммы работы устройства при включении и сбое напряжения питания, работы элементов синхронизации записи и чтения устройства и контроля программного режимам перезапуска микроЭВМ.

Устройство содержит входы 1-8 устройства, второй элемент ИЛИ-НЁ 9, первый элемент НЕ (инвертор) 10, третий элемент ИЛИ-НЕ 11, первый счетчик 12, дешифратор 13, первый элемент ИЛИ-НЕ 14, первый резистор 15 делителя напряжения, источник 16 питания, блок 17 контроля напряжения, второй резистор 18 делителя напряжения, второй элемент задержки 19, элемент И-НЕ 20, первый-третий элементы ИЛИ 21, 22 и 23, первый элемент задержки 24, второй триггер 25, второй счетчик 26, первый формирователь 27 сигнала останова, выход 28 аварии источника питания устройства, первый триггер 29, четвертый элемент ИЛИ 30, второй формирователь 31 сигнала останова, выход 32 сигнала аварии сетевого питания устройства, третий триггер 33, одновибра- тор 34, второй элемент НЕ (инвертор) 35, индикатор 36.

Блок 1-7 контроля напряжения содержит компараторы 37 и 38, источник 39 опорного напряжения, элемент И-НЕ 40, оптоэлект- ронный коммутатор 41, элемент НЕ (инвертор) 42, элемент задержки 43.

При необходимости согласования входов 1 ...5 устройства с сигналами системного канала микроЭВМ могут быть использованы буферные элементы с открытым коллектором (на фиг.1 данные элементы не указаны). При этом выходы данных элементов через резистор порядка 2...3 кОм должны соединяться с напряжением питания +5 В. Данное напряжение формируется на втором выходе источника Т6 питания, на вход которого поступает, например, сетевое напряжение, равное +27 В, Стабилизатор напряжения +5 В источника 16 может быть реализован в виде простого параметрического стабилизатора с конденсатором порядка 15.,,,100 мкФ на выходе или с использованием микросхемы 142ЕНЗ, Потребление по цепи +10 В, формируемое на первом выходе источника 16, не превышает 0,03 А. Стабилизатор напряжения +108 также может быть реализован в виде простого параметрического стабилизатора мли с использованием микросхемы 142ЕНЗ. В зависимости от типа примененной элементной базы и соответственно потребления устройства возможны и другие варианты построения источника 16.

В качестве формирователей 27,31 могут быть использованы повторители 564ПУ4 или сдвоенный инвертор, выполненный на транзисторной матрице 1НТ251, В качестве инвертора 35 может быть использована микросхема 564ЛН2 или инвертор, выполненный также на микросхеме 1НТ25Л.

Индикатор 36 представляет собой последовательнуга цепочку из светодиода типа АЛ307Б и резистора, причем первый вывод резистора величиной порядка 500 Ом

соединяется с источником питания +5 В, второй вывод резистора соединяется с анодом светодиода, катод которого является входом индикатора 36, Компараторы 37, 38 могут быть выполнены на операционных

усилителях 154УД1, причем на инвертирую- щем и неинвертирующих входах данных усилителей устанавливаются равные по величине резисторы порядка 30 кОм. Источник 39 выполнен в виде двух резистивных

5 делителей напряжения, которые формируют опорные напряжения Uimax 5,5 В и L)2min 4,5 В, В качестве оптоэлектронного коммутатора 41 использован оптоэлектрон- ный коммутатор логических сигналов

0 249ЛП1Б, В качестве одновибратора (ждущего мультивибратора) с перезапуском использована микросхема 564АГ1. Длительность импульса одновибратора выбирается равной (0,1...0,6) Ттаймера, где

5 Ттаймера - период следования сигнала таймера МПВСН, поступающего на вход 4 устройства. Причем Ттаймера. 50...250 МС. Величины резисторов 15, 18 равны 10,0...15,0 кОм. Элемент задержки 24 может

0 быть реализован в виде интегрирующей цепочки..

Постоянная времени элемента 24 равна 4...6 мс. Время задержки сигнала элементом 43 при включении питания и появлении на

5 его выходе сигнала логической единицы составляет 10...12 мс. Время задержки нулевого входного сигнала элементом 43 (при появлении на его входе нулевого потенциала) составляет примерно 51 мкс, т.е. время

0 задержки элемента 43 различно для прохождения сигналов логического нуля и логи- .ческой единицы.

Устройство обеспечивает перезапуски контроль микроЭВМ, имеющим системный

5 канал, совместимый с каналом передачи информации шины микроЭВМ Электроника 60 (Электроника 81 Б, КМ 1801ВМ1, КМ1801 ВМ2, КМ1801 ВМЗ, 1806ВМ2. 1806ВМЗ), который является упрощенным вариантом ин0 терфейса Общая шина (ТОСТ 26765.51-86). Входы 1...5 и выходы 28, 32 устройства подключаются к системному каналу согласно таблице.

На вход 6 поступает сетевое напряже5 ние постоянного тока. По входу 7 сигналом логического нуля может осуществляться блокировка (отключение) работы микроЭВМ без отключения напряжения сетевого питания. Данный вход может использоваться также для подключения дополнительных

сигналов исправности узлов микропроцессорных систем. На вход 8 поступает напряжение питания +5 В микроЭВМ (контролируемое напряжение).

Устройство работает следующим образом.

После подачи сетевого напряжения и появления напряжений питания на выходе источника питания 16 на выходе элемента И-НЕ 20 формируется сигнал логической единицы, который производит начальную установку узлов устройства (фиг.2). При этом на выходе триггеров 25,29 формируются сигналы логического нуля, на выходах счетчиков 12, 26 устанавливаются также сигналы логического нуля. На выходах 28,32 формируются сигналы аварийного останова в виде логического нуля, что соответствует активному уровню шины микроЭВМ. Как только напряжение питания микроЭВМ. на входе 8 достигнет рабочего уровня, на входах 1.-..3 появятся сигналы логической единицы, а на входе 4 - сигнал от таймера. При этом на выходе блока 17 через время, определяемое постоянной времени элемента задержки 43, появится сигнал логической единицы. При наличии такого же сигнала с выхода элемента задержки 19 на выходе элемента И-НЕ 20 появится сигнал логического нуля и прекращается начальная установка всех узлов устройства..

Одновременно с появлением выходного сигнала с выхода 28 микроЭВМ вырабатывает для. системного канала сигнал МУСТН низкого уровня, по которому производится начальная установка.всех устройств, подключенных к каналу. Этот сигнал вырабатывается при каждом включении питания по сигналу МАИПН. При этом независимо от потенциала на входе 5 устройства, на входе сброса счетчика 12 устанавливается сигнал логического нуля.и данный счетчик производит пересчет количества импульсов сигнала на входе 4. При поступлении четвертого импульса сигнала МПВСН на входе 4 на втором выходе дешифратора t3 появляется сигнал логической единицы, устанавливающий триггер 25 в состояние логической единицы, и сигнал МАИПН на выходе 28 становится пассивным (высоким). Одновременно включается индикатор 36. На снятие сигнала МАИПН микроЭВМ отвечает снятием сигнала МУСТН и ожидает снятие сигнала МАСПН «а выходе 32, который становится пассивным по наличию шестого импульса сигнала на входе 4. При этом сигналом логической единицы с выхода дешифратора 13 триггер 29 устанавливается в нулевое состояние. После снятия сигнала МАСПН выполняется

микропрограмма выбора режима пуска и микроЭВМ переходит к выполнению микропрограммы, соответствующей выбранному режиму работы. Т.е. при установке сигнала 5 логической единицы на входе 5 микроЭВМ переходит к выполнению рабочей программы (программный режим). При наличии сигнала логического нуля на входе 5 микроЭВМ переходит в режим связи с пультовым тер0 миналом,

При завышении (занижении) напряжения питания микроЭВМ или пропадании сигнала на входе 6 (фиг.2) происходит обе- сточивание излучающего диода оптоэлект5 ронного коммутатора 41 и на его выходе через время не более 0,1 мс появляется нулевой потенциал,который обеспечивает установку активного уровня сигналов на выходах 28, 32 устройства. Причем при по0 явлении активного уровня сигнала МАСПН микроЭВМ переходит на выполнение микропрограммы обработки сбоя питания. Значение времени обработки данной микропрограммы не превышает 4 мс (дан5 ное время определяется временем задержки элемента.24), после чего производится установка триггера 25 в состояние логического нуля и появление низкого уровня сигнала МАИПН на выходе 28. Далее вновь

0 микроЭВМ производит сброс всех узлов, подключенных к системному каналу, и прекращает свою работу. Т.е. в течение времени порядка S...7 мс источник 16 питания и источник питания микроЭВМ должны со5 хранить на своих выходах рабочие напряжения питания. При этом индикация работы микроЭВМ на индикаторе 36 отсутствует. Если рабочие напряжения микроЭВМ восстановятся в диапазоне, определяемом на0 пряжениями на выходах источника 39 опорного напряжения, то на выходах компараторов 37, 38 формируются сигна- . лы логической единицы, определяемые напряжением питания данных компараторов,

5 что приводит к наличию нулевого потенциала на выходе элемента И-НЕ 40, Через излучающий диод коммутатора 41 протекает ток и на выходе данного коммутатора появляется сигнал логического нуля. На выходе блока

0 17 присутствует сигнал логической единицы. При появлении завышенного (заниженного) напряжения питания микроЭВМ относительно выходных сигналов источника 39 опорного напряжения на выходе компа5 ратора 37(38) появляется сигнал логического нуля; что приводит к появлению сигнала высокого уровня на выходе элемента И-НЕ 40. Т.е. излучающий.диод оптоэлектронного коммутатора 41 обесточивается. На выходе . коммутатора 41 появляется сигнал логической единицы, а на выходе блока 17 сигнал логического нуля, что приводит к установке начального состояния узлов устройства и отключению, как указывалось выше, микро- ЭВМ,

При наличии рабочих напряжений питания микроЭВМ и установке на входе 5 сигнала МОСТН, соответствующего низкому уровню, микроЭВМ переходит в режим связи с пультовым терминалом, МикроЭВМ считывает состояние регистров данных и состояния пультового терминала и клавиатуры. Данное обращение к внешним устройствам происходит в цикле считывания. Т.е. в системном канале присутствует сигнал МДЧТН, поступающий на вход 3 устройства. Сигнал записи МДЗПН, поступающий на вход 1 устройства, отсутствует (в системном канале устанавливается сигнал логической единицы). Сигнал МДЗПН мо- жет стать активным, в данном случае, только при работе системного канала в режиме прямого доступа, длительность которого не превышает 3...4 мкс. Однако при работе в режиме прямого доступа по активному (низ- кому) уровню сигнала МПЗН на входе 2 запрещается прохождение сигналов МДЗПН и МДЧТН на входы триггера 33, что приводит к установке данного триггера в одно из устойчивых состояний (фиг.З). Запуск одно- вибратора 34 не производится и на входе элемента ИЛИ 23 присутствует сигнал логического нуля. С выхода элемента ИЛИ 23 поступает сигнал логической единицы, запрещающий работу счетчика 12, чем блоки- руется перезапуск ммкроЭВМ. При появлении на входе 5 сигнала МОСТН с уровнем логической единицы на выходе элемента УШИ-НЕ 14 появляется сигнал логического нуля, что приводит к наличиютакого же сигнала на входе сброса двоичного счетчика 12 и происходит перезапуск микро- ЭВМ, При выполнении рабочей программы (программный режим работы микроЭВМ) в системном канале происходит обращение микроЭВМ к различным блокам и устройствам микропроцессорной системы в целом. Т.е. происходит чередование циклов записи и считывания информации (занесение в регистры, считывание из регистров и т.п.). Длительность разнесенных по времени сигналов МДЗПН, МДЧТН составляет, примерно, 1... 1,5 мкс. Частота следования сигналов МДЧТН составляет, примерно, 50...400 кГц. Частота следования сигналов МДЗПН обын- но в 3...10 раз ниже. Частота следования данных сигналов определяется рабочей частотой ммкроЭВМ, видом и объемом рабочей программы, Т.е. при выполнении рабочей программы на входы триггера 33

поступают последовательности сигналов записи и считывания. Наличие данных сигналов приводит к переключениям триггера

33. запуску и перезапуску одновибраторэ

34. Причем запуск и перезапуск одновибратора 34 осуществляется как по положительному (из нуля в единицу) , так и по отрицательному (из единицы в нуль) перепаду напряжения триггера 33. На выходе одновибратора 34 появляется устойчивый сигнал логической единицы, блокирующий перезапуск микроЭВМ. Сигнал с выхода одновибратора 34 через элемент ИЛИ 30 поступает на вход инвертора 35, включающего индикатор 36. Устойчивое свечение индикатора 36 указывает на выполнение рабочей программы и на отсутствие зависаний и сбоев в работе микроЭВМ.

Следует отметить, что при работе микроЭВМ в программном режиме могут возникать условия прерывания, обработка которых не предусмотрена стандартным математическим обеспечением. К таким условиям (фатальным или сбойным состояниям) относятся двойная ошибка при обращении к системному каналу, ошибка при передаче вектора прерывания, ошибка во время регенерации памяти, зависание системного канала,

В данных ситуациях микроЭВМ типа Электроника 60 и Электроника 81 Б переходят в режим связи с пультовым терминалом. Т.е. начинают считывать, как указывалось выше, состояния регистров данных и состояния пультового терминала и клавиатуры. Поскольку в составе бортовых микропроцессорных систем такие устройства отсутствуют, то микроЭВМ прекращает выполнение рабочей программы и продолжает работу в режиме связи с пультовым терминалом, что приводит к отсутствию сигнала МДЗПН и цикла записи. При этом триггер 33 устанавливается в одно из устойчивых состояний. На выходе одновибратора 34 появляется нулевой потенциал, разрешающий работу счетчика 12, Наличие нулевого потенциала на выходе одновибратора 34 в программном режиме свидетельствует о наличии фатальной ситуации в системном канале, прекращении выполнения рабочей программы или отказе микро- ЭВМ,

Если в течение времени, соответствующего t 3 Ттаймера чередование сигналов МДЗПН и МДЧТН не возобновляется, то сигналом с первого выхода дешифратора 13 производится установка триггера 29 в нулевое состояние и, соответственно, формирование выходного сигнала МАСПН на выходе 32. При этом микроЭВМ переходит на подпрограмму обработки прерывания по сбою питания. Одновременно происходит наращивание состояния счетчика 26 на единицу. Далее четвертым импульсом сигнала таймера со второго выхода дешифратора 13 подтверждается наличие уровня логической единицы на выходе триггера 25 и, соответственно, наличие пассивного (высокого) уровня сигнала МАИПН на выходе 28. Одновременно в течение времени-ц Ттаймера, т.е. в течение времени между появлением на входе 4 четвертого и пятого импульсов сигнала МПВСН обеспечивается загорание индикатора 36 по сигналу со второго выхода дешифратора 13, поступающего через элемент ИЛ И 30 на вход инвертора 35.

Шестым импульсом сигнала таймера с третьего выхода дешифратора 13 сигналом логической единицы производится установка триггера 29 в состояние логической единицы, что соответствует наличию высокого - уровня на выходе формирователя 31 и выходе 32 устройства. Появление высокого уровня сигнала МАСПН свидетельствует о нормальном состоянии сетевого питания, и микроЭВМ вновь переходит к выполнению микропрограммы пуска с последующим выполнением рабочей программы. При этом не производится операция сброса в начальное состояние блоков и узлов микропроцессорной системы, что позволяет сохранить, например, в ОЗУ текущую информацию и в целом повысить помехозащищенность и достоверность системы в целом. Наличие перезапуска без сброса в начальное состояние блоков и узлов микропроцессорной системы фиксируется, как указывалось выше, счетчиком 26 путем наращивания его состояния, т.е. счетчик 26 подсчитывает количество данных перезапусков.

Количество перезапусков выбирается экспериментально, в зависимости от особенностей работы микропроцессорной системы и равным п , где К - целое число. На фиг.4 приведена временная диаграмма работы узлов устройства для К 1. В данном случае при выполнении второго перезапуска и появлении активного уровня на зыхо- де 32 устройства на выходе счетчика 26 появляется сигнал логической единицы, который через элемент 21 и элемент задержки. 24 производит установку триггера 25 в состояние логического нуля, что приводит, как указывалось выше, к появлению активного уровня сигнала МАИПН на выходе 28 устройства, а также сигнала МУСТН на выходе микроЭВМ, по которому осуществляется сброс в начальное состояние узлов микропроцессорной системы. Сброс производится в течение одного периода сигнала

таймера МПВСН. Одновременно осуществляется сброс (установка начального состояния) счетчика 26. Далее сигналом со второго выхода дешифратора 13 производится установка триггера 25 и сигнала МАИПН в состояние логической единицы. Операция сброса узлов, подключенных к системному каналу микроЭВМ, прекращается и по установке триггера 29 в состояние логической единй0 цы, что соответствует пассивному (высокому) состоянию сигнала МАСПН на выходе 32 устройства; микроЭВМ вновь переходит к выполнению микропрограммы пуска с по- следуйщим выполнением рабочей програм5 мы. Если микроЭВМ не переходит к выполнению рабочей программы и при этом осуществляется процесс перезапуска, то осуществляется периодическое загорание индикатора 36 в течение времени ti

0. Ттаймера с паузой t2 7Ттаймера, что свидетельствует об отказе работы микропроцессорной системы. Следует отметить, что при отладке рабочей программы на микроЭВМ в режиме связи с пультовым терминалом,

5 т.е. при пошаговом ее выполнении, в устройстве обеспечивается индикация выполнения отдельных команд программы. Фор мул а изобретения 1. Устройство для перезапуска и контро0 ля электропитания микроЭВМ, содержащее источник питания, первым выходом соединенный с входом рабочего питания блока контроля напряжения, три триггера, два элемента ИЛИ, первый элемент НЕ, эле5 мент И-НЕ, выходом подключенный к первому входу первого элемента ИЛИ, первый элемент ИЛИ-НЕ и два формирователя сигнала останова, причем первый вход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с инверсным

0 выходом первого триггера, отличаю- щ е ее я тем, что, с целью повышения достоверности работы устройства, в него введены два счетчика, дешифратор, индикатор, два элемента ИЛИ, два элемента задержки, од5 новибратор, второй элемент НЕ, два элемента ИЛИ-НЕ и делитель напряжения, причем выход первого счетчика соединен с входом дешифратора, первый выход которого подключен к первому входу второго

0 элемента ИЛИ, соединенного выходом с входом сброса первого триггера, инверсный выход которого подключен к счетному входу второго счетчика, вход сброса и выход которого соединены соответственно с инверс5 ным выходом второго триггера и вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого через первый элемент задержки соединен с входом сброса второго триггера, выход третьего триггера через одновибра- тор соединен с первыми входами третьего и

четвертого элементов ИЛИ, входы сброса и установки третьего триггера соединены соответственно с выходами второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ, первые входы которых подключены соответственно к выходу пер- вого элемента НЕ, а вторые входы являются соответственно входами синхронизации записи и чтения устройства, выход элемента И-НЕ соединен с вторыми входами второго и третьего элементов ИЛИ, третий вход и выход третьего элемента ИЛИ подключены соответственно к выходу первого элемента ИЛИ-НЕ и входу сброса первого счётчика, вход индикатора через второй элемент НЕ подключен к выходу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с установочным входом второго триггера и вторым выходом дешифратора, третьим выходом соединенного сустановочным входом первого триггера, прямые выходы пер- вого и второго триггеров соединены соответственно через второй и первый формирователи сигнала останова с выходами аварии сетевого питания и источника питания устройства, второй вход первого эле- мента ИЛИ-НЕ является входом сигнала останова устройства и соединен через делитель напряжения с входом втброго элемента задержки и входом сигнала блокировки устройства, средняя точка делителя напряже- ния соединена с вторым выходом источника питания, вход сетевого питания которого подключен к входу сетевого питания устройства и входу сетевого питания блока контроля напряжения, вход контролируемого напряжения питания которого является входом контролируемого напряжения устройства, а выход соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, счетный вход первого счетчика является входом сигнала прерывания от таймера устройства.

2. Устройство по п.1, от л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок контроля напряжения содержит два компаратора, источник опорного напряжения, элемент И-НЕ, опто- электронный коммутатор, элемент НЕ и элемент задержки, причем инверсный вход первого и неинверсный вход второго компараторов объединены и являются входом контролируемого напряжения питания блока, вход источника опорного напряжения и первые выводы напряжения питания компараторов объединены и являются входом рабочего литания блбка, вторые выводы напряжения питания компараторов соединены с общей шиной источника питания, неинверсный вход первого компаратора подключен к первому выходу источника опорного напряжения, второй выход которого подключен к..инверсному входу второго компаратора, выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И-НЕ, соединенного выходом с катодом излучающего диода оптоэлектронного коммутатора, анод которого является входом сетевого питания блока, выход оптоэлектронного коммутатора через элемент НЕ соединен с входом элемента задержки, выход которого является выходом блока.

Фиг. 2

Изобретение может быть использовано в микропроцессорных системах для контроля системного канала работы ЭВМ в реальном масштабе времени при включениях и сбоях питания. Цель изобретения - повышение достоверности работы устройства. С помощью входных сигналов-осуществляется контроль работы системного канала микро- ЭВМ. Данные сигналы обрабатываются с помощью трех элементов ИЛИ-НЕ, первого элемента НЕ и триггера, запускающего од- новибратор. Наличие высокого уровня на выходе одновибратора свидетельствует об исправной работе микроЭВМ, индицируемое с помощью второго элемента НЕ индикатором. В программном режиме, при сбоях в системном канале, указанный триггер устанавливается в одно из устойчивых состояний. На выходе одновиорэтора появляется низкий уровень, разрешающий проведение перезапуска микроЭВМ. Перезапуск осуществляется с помощью двух двоичных счетчиков, дешифратора, двух элементов ИЛИ, элемента задержки, двух триггеров и формирователей. Причем при сбоях в системном канале осуществляется заданное число перезапусков микроЭВМ без сброса в начальное состояние узлов и блоков микропроцессорной системы. Контроль уровней завышения или занижения напряжения питания микроЭВМ осуществляется блоком контроля напряжения, в состав которого входят источник опорного напряжения, два компаратора, элемент И-НЕ, элемент НЕ, оптоэлектронный коммутатор и элемент задержки. При этом осуществляется необходимая последовательность формирования сигналов аварийного останова для микро- ЭВМ, имеющей системный канал О-шины, при включениях и сбоях питания и сбоях системного канала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл. О -ч ю ю