Устройство для мажоритарного выбора асинхронных сигналов Советский патент 1993 года по МПК G06F11/18 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в высоконадежных системах управления реального времени.

Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет адаптации к классу решаемых резервируемыми каналами задач.

На фиг. 1 и 2 приведена функциональная схема устройства.

.-- Устройство для мажоритарного выбора асинхронных сигналов содержит первый 1., второй 2, четвертый 4 и третий 3 счетчики, регистр 5, третий 6, второй 7, первый 8 триггеры, первый 9 и второй 10 генераторы константы, первый 11, второй 12, третий 13, четвертый 14 и пятый 15 блоки сравнения, преобразователь кодов 16, первый 17 и второй 18 мажоритарные элементы, первый 19, второй 20, третий 22, четвертый 21, пятый 23, седьмой24 элементы И, элемент ИЛ И 25, первый 26, второй 27, третий 28, пятый 29, четвертый 30. шестой 31 элементы ИЛИ, шестой элемент И 32, второй 33, первый 34. третий 35, четвертый 36 одновибрзторы, коммутаторы 37, выход 38 регистра 5, выходы 39.1-39.3 преобразователя кодов, первый 40, второй 41, третий 42 счетные узлы, в каждом счетном узле счетчик 43, первый 44, второй 45, четвертый 46, пятый 47. третий 48 триггеры, пятый 49, первый 50, второй 51, третий 52, четвертый 53 элементы И, элемент ИЛИ 54, выход 55 элемента И 49, первый 56, второй 57, третий 58 информационные входы устройства, вход 59 синхронизации, информационный выход 60 устройства.

00

ю

О СО

со о

Коммутатор 37 предназначен для пропуска кода с выхода счетчика 43 одного из счетных узлов. Управляющими сигналами для коммутатора 37 являются сигналы с выхода преобразователя кодов 16.

Счетные узлы 40-42 предназначены для определения времени расхождения прихода сигналов по входам 56-58. Причем счет- ный узел 40 считает это время в предположении, что первым пришел сигнал по входу 56.

Счетный узел 41 - в.предположении, что первым пришел сигнал по входу 57.А, счетный узел 42 - в предположении, что первым пришел сигнал по входу 58. Счетные узлы 40-42 имеют идентичную структуру, поэтому на фиг. 1 показан только один узел. Различие заключается только в подключении информационных входов 56-58. В счетном узле 40 вход 56 подключен к входам триггеров 44 и 45, а входы 57 и 58 - к входам элементов И 52 и 53 соответственно. В счетном узле 41 вход 57 подключен к входам триггеров 44 и 45, а входы 56 и 58 - к входам элементов И 52 и 53 соответственно. В счетном узле 42 вход 58 подключен к входам триггеров 44 и 45, а входы 56 и 58 - к входам элементов И 52 и 53 соответственно.

Устройство функционирует следующим образом.

В начальном состоянии все элементы памяти находятся в нулевом состоянии. В регистр 5-заносится предполагаемый для начального режима работы резервируемых блоков код максимального допустимого времени расхождения сигналов (цепи записи этого кода в регистр 5 на схеме условно не показаны). На выходе 61 генератора константы 9 выдается код максимального допустимого значения числа ошибок каналов за определенный интервал времени. Этот интервал времени задается в виде относительных единиц значением на выходе 62 того же генератора константы 9. На выходе генератора константы 10 - код необходимого числа повторений вычислений при определении максимального времени расхождения сигналов по информационным входам. Цепи установки устройства в исходное состояние на схеме условно не показаны,

Устройство работает в двух режимах:

а) режим обработки сигналов с информационных входов 56-58;

б) режим определения максимально допустимого времени расхождения сигналов по информационным входам 56-58.

В режим б из режима а устройство переходит автоматически, после того как число ошибок, поступающих от каналов за

определенный интервал времени, превысит заданный предел. В режим а из режима б устройство также переходит автоматически после того, как будет определено максимально допустимое время расхождения сигналов.

В начальном состоянии устройство находится в режиме а. Рассмотрим, как устройство обрабатывает сигналы с

информационных входов 56-58.

Пусть первым пришел сигнал по входу 56. Передний фронт этого сигнала установит триггер 44 в единичное состояние, одновременно с этим этот сигнал, пройдя через элемент ИЛИ 25, поступит на вход установки в единицу триггера 6. По заднему фронту очередного импульса с входа 59 триггер 6 установится в единичное состояние. Передний фронт единичного сигнала с его прямого

выхода перепишет в счетчик 3 значение предполагаемого кода времени максимального времени рассогласования сигналов, хранящийся в регистре 5. Этот же сигнал разрешает .работу счетчика 3 в режиме вычитания импульсов с входа 59. Начинается отсчет максимально допустимого времени расхождения сигналов по входам 56-58.

Далее возможны два варианта работы устройства:

1. За максимально допустимое время рассогласования сигналов по входам 57 и 58 Поступает хоть один единичный сигнал.

2. За максимально допустимое время рассогласования по входам 57 и 58 не поступает ни одного единичного сигнала.

1-й вариант. При поступлении второго

сигнала, допустим по входу 57, триггер 44 в

счетном узле 41 установится в единичное

состояние. В результате этого на выходе

мажоритарного элемента 17 появляется единичный сигнал, который поступает через элемент И19 на выход 60 устройства в виде информационного. По заднему фронту сигнала с входа 57 триггер 45 в счетном узле 41

переводится в единичное состояние. На выходе мажоритарного элемента появляется единичный сигнал, который закрывает элемент И19. На выходе 60 заканчивается формирование информационного сигнала.

Таким образом, на выходе 60 формируется сигнал, равный длительности сигнала, поступившего вторым на входы 56-58. По истечении максимально допустимого времени рассогласования сигналов счетчик 3 обнулиется. На выходе элемента ИЛИ 31 формируется задний фронт единичного сигнала, который запускает одновибратор 36. Импульс с его выхода установит счетные узлы 40-42. а также триггер 6 в исходное (нулевое) состояние.

2-ой вариант. Если за максимально допустимое время расхождения сигналов не поступило хотя бы двух единичных сигнала, то сигнал, пришедший по одному информационному входу, считается ложным. На выход 60 в этом случае информационный сигнал не выдается. По истечении максимально допустимого времени рассогласования сигналов выдается сигнал с выхода одновибратора 36. который установит счетные узлы 40-42 в исходное состояние.

Но во время работы резервируемых блоков может изменяться максимальное время рассогласования приходов сигналов. Это может происходить при переходе от одного класса задач к решению задач другого класса, требующих другого времени решения. Фиксированный интервал максимального времени рассогласования может нарушить алгоритм формирования выходного сигнала. Поэтому в устройстве предусмотрено изменение этого интервала в соответствии с изменяющимся временем поступления информационных сигналов на входы 56-58. Происходит это следующим образом.

В устройстве есть три счетных узла, каждое из которых считает максимальное время расхождения прихода сигналов относительно других входов. Счетный узел 40 определяет это время, считая что сигнал по входу 56 пришел первым. Счетный узел 41 предполагает, что сигнал по входу 57 пришел первым. Счетный узел 42 предполагает, что сигнал по входу 58 пришел первым.

Так как сигнал только по одному входу может прийти первым, то один счетный узел правильно просчитает максимальное время расхождения сигналов, а два других просчи- тают это время относительно сигналов из следующих тактов, Следовательно, после того, как во всех счетных узлах 40-42 закончится процесс определения времени расхождения сигналов, достоверное время будет в том счетном узле, в котором это время минимально.

На фиг. 3 показан случай, когда первым приходит сигнал по входу 56.

Для определения максимально допустимого времени расхождения сигналов устройство переходит в режим б. Переход из режима а в режим б осуществляется следующим образом.

Критерием начала перехода в данном устройстве принято превышение числа сбоев резервированных блоков, зафиксирован- ных устройством, за определенный интервал времени, т.е. когда максимальное время расхождения сигналов, зафиксированное в регистре 5, становится не пригодным, то неизбежно возникновение ситуаций ложных сбоев каналов. В устройстве фиксируется два типа сбоя канала.

Первый: канал не выдает сигнал за мак- 5 симальное время расхождения нескольких сигналов. Эта ситуация выявляется с помощью элемента И 51.

Сигналы сбоев от всех каналов собираются по ИЛИ на элементе ИЛИ 26. Сигнал

0 сбоя (от любого канала), пришедший первым, установит триггер 8 в единичное состояние. Единичный сигнал с его прямого выхода разрешает работу элементов И 20 и 21, С выхода элемента И 20 первый сигнал

5 поступает на суммирующий вход счетчика 1. После этого на выходе элемента ИЛИ 27 появляется передний фронт единичного сигнала, по которому произойдет запись в счётчик 2 значения, требуемого для провер0 ки каналов времени с выхода 62 генератора константы 9. Импульсы с выхода элемента И 21 поступают на вычитающий вход счетчика 2. Начинается отсчет времени проверки каналов. Таким образом, на

5 суммирующий вход счетчика 1 поступают сигналы сбоев каналов, а на вычитающий вход счетчика 2 -импульсы, отсчитывающие время проверки каналов. После того, как счетчик 2 закончит отсчет времени, он уста0 навливается в нулевое состояние. На выходе элемента ИЛИ 28 появляется нулевой сигнал, который опрашивает элемент И 22. Если в это время в счетчике 1 записано значение, превышающее код, поступающий

5 с выхода 61 генератора константы 9, то на выходе элемента сравнения 11 будет единичный сигнал, который, пройдя через открытый элемент И 22, запустит одновибратор 33. Сигнал с выхода одновиб0 ратора 33 установит триггер 7 в единичное состояние, фиксируя тем самым переход в режим б. Если же в момент появления нулевого сигнала на выходе элемента ИЛИ 28 в счетчике 1 записано значение, не превышэ5 ющее код с выхода 61 генератора константы 9, то на выходе элемента сравнения будет нулевой сигнал. Задний фронт единичного сигнала с выхода элемента ИЛИ 28 запустит одновибратор 34 и сигнал с его выхода уста0 нов.ит триггер 8 и счетчик 1 в нулевое состояние.

В режим б единичный сигнал с выхода триггера 7 запрещает работу элементов И 5 20 и 21 разрешает работу элементов И 52 и БЗ в счетных узлах 40-42. Кроме того, передний фронт этого сигнала произведет запись в счетчик 4 кода необходимого числа повторов определения максимального времени рассогласование сигналов.

Рассмотрим, как определяется время расхождения сигналов в счетном узле 40. Счетные узлы 40 и 42 работают аналогично, но относительно входов 57 и 58 соответственно.

Сигнал с входа 56 устанавливает своим передним фронтом триггер 44 в единичное состояние. Единичный сигнал с его прямого выхода открывает элемент И 49 для импульсов с входа 59 на счетный вход счетчика 43. Начинается отсчет времени рассогласования сигналов. Своим задним фронтом сиг- чал с входа 56 устанавливает триггер 45 в единичное состояние. Открывается элемент И 51. Теперь любой импульс с входа 56 пройдет через элементы И 51 и ИЛИ 54 на установку счетного узла 43 в исходное состояние, так как до прихода сигналов по входам 57 и 58 по входу 56 поступил второй сигнал. Это означает, что первый сигнал был ложным. При этом триггеры 44 и 45 остаются в единичном состоянии, начиная отсчет времени от второго сигнала. Если же второй импульс по входу 56 не поступает, то сигналы с входов 57 и 58 своими задними фронтами устанавливают триггеры 46 и 47 соответственно в единичное состояние. После того как на двух входах установки в единицу триггера 48 появляются единичные сигналы, очередной импульс с входа 59 переведет его в единичное состояние. Это означает, что после прихода сигнала по входу 56 поступили сигналы по входами 57 и 58, а поэтому необходимо прекращать процесс определения времени рассогласования прихода сигналов. Нулевой сигнал с инверсного выхода триггера 48 запрещает работу счетчика 43.

Коды с выходов счетчиков 43 всех счетных узлов 40-42 поступают на сравнивающие устройства 13- 15. На этих устройствах 13-15 происходит попарное сравнение кодов, Результаты сравнения поступают на входы преобразователя кодов 16. Преобразователь кодов 16 изменяет код таким образом, чтобы коммутатор 37 не был открыт для минимального кода. Потому что как это уже отмечалось выше, только этот код является достоверным. Но проход кода через коммутатор 16 разрешается только в том случае, когда все счетные узлы 40-42 закончили процесс определения времени расхождения сигналов, о чем свидетельствует единичный сигнал с выхода элемента И 23. Этот сигнал открывает элемент И 32 и очередной импульс с входа 59 пройдет на его выход и опросит элемент И 24. Если с выхода коммутатора 37 поступает код, больший, чем код, записанный в регистре 5, то на выходе элемента сравнения 12 будет единичный сигнал, который и откроет элемент И 24. Импульс с выхода элемента И 24 передним фронтом запишет в регистр 5 код времени с выхода коммутатора 37. Сигнал с выхода

элемента И 32, кроме того, установит все счетные узлы 40-42 в исходное (нулевое) состояние, а содержимое счетчика 4 уменьшит на единицу. Но код, записанный в регистре 5. ; нельзя считать кодом

максимального времени рассогласования прихода сигналов, так как он был определен в течение одного цикла. Поэтому после определения кода времени расхождения и записи его в регистр 5, счетные узлы 40-42

вновь начинают подсчет времени расхождения сигналов.

После определения очередного кода вновь на выходе элемента И 23 появляется единичный сигнал. Очередной импульс с выхода 59 п риходит через отк рыты и э л еме нт И 32. Этот импульс опрашивает элемент И 24. Если код. поступающий с выхода коммутатора 37, превышает код, хранящийся в регистре 5, то элемент И 24 будет открыт и в

регистр 5 запишется новый код. В регистр 5 будет переписываться значение большего из кодов, определяемых в каждом периоде, так как Определяется максимально допустимое время расхождения сигналов. После

каждого периода определения кода времени расхождения сигналов содержимое счетчика 4 уменьшается на единицу. Когда содержимое счетчика 4 становится равным нулю (просчитаны необходимое число раз

коды времени расхождения сигналов) на выходе элемента ИЛИ 29 появляется нулевой сигнал, запускается одновибратор 35 и триггер 7 возвращается в нулевое состояние. Устройство переводится в режим а. при

этом в регистре 5 будет записан модифицированный код максимально допустимого времени расхождения сигналов.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Устройство для мажоритарного выбора асинхронных сигналов, содержащее первый и второй мажоритарные элементы, подключенные выходами соответственно к прямому и инверсному входам первого элемента И, выход которого является информационным выходом устройства, коммутатор, первый, второй и третий элементы ИЛ И, первый триггер и три счетных узла, каждый из которых включает второй и третий триггеры, со- единенные выходами с соответствующими входами соответственно первого и второго мажоритарных элементов, единичные входы вторых триггеров первого, второго и третьего счетных узлов являются соответствующими информационными входами устройства, отличающееся тем. что, с целью расширения класса решаемых задач, а устройство введены четыре счетчика, два генератора констант, два триггера, регистр, шесть элементов И, семь элементов ИЛИ. четыре одновибратора, пять блоков сравнения, а в каждый счетный узел введены три триггера, счетчик, пять элементов И, элемент ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с единичным входом первого триггера и с первым входом второго элемента И, подключенного вторым входом к первому входу третьего элемента И и к прямому выходу первого триггера, соединенного нулевым входом с выходом первого одновибратора и с входом обнуления первого счетчика, подключенного счетным входом к выходу второго элемента И, а группой выходов - к входам второго элемента ИЛИ и к первой группе информационных входов первого блока сравнения, связанного второй группой информационных входов с первой группой выходов первого генератора констант, подключенного второй группой выходов к группе информационных входов второго счетчика, соединенного входом вычитания с выходом третьего элемента И, входом разрешения записи - с выходом второго элемента ИЛИ. а группой выходов - с входами третьего элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу запуска первого одновибратора и к инверсному входу четвертого элемента И, соединенного прямым входом с выходом первого блока сравнения, а выходом - с входом запуска второго одно- вибратора, подключенного выходом к первому входу четвертого элемента ИЛИ и к единичному входу четвертого триггера, подключенного нулевым входом к выходу треть- его одновибратора, а прямым выходом - к инверсным входам второго и третьего элемента И, к первым входам пятого и шестого элементов И первого счетного узла, к инверсному, единичному входу пятого триггера и к входу разрешения записи четвертого счетчика, соединенного группой информационных входов с группой выходов второго генератора констант, группой выходов - с входами четвертого элемента ИЛИ. выход которого подключен к входу запуска третьего одновибратора, вычитающий вход четвертого счетчика связан с выходом седьмого элемента И. с первым входом восьмого элемента И и вторым входом четвертого элемента ИЛИ. подключенного третьим входом к выходу четвертого одно- вибратора, соединенного входом запуска с выходом пятого элемента ИЛИ. подключенного входами к группе выходов третьего счетчика, связанного входом разрешения

записи и входом разрешения счета с прямым выходом пятого триггера, вычитающим входом - с первым входом седьмого элемента И и входом синхронизации пятого тригге- 5 ра, а группой информационных входов - с группой выходов регистра и первой группой информационных входов второго блока сравнения, подключенного выходом к второму входу восьмого элемента И. связанно0 го выходом с входом разрешения записи регистра, подключенного группой информационных входов к второй группе информационных входов второго блока сравнения и

к группе выходов коммутатора, связанного

5 первым, вторым и третьим управляющими входами с соответствующими выходами преобразователя кодов, первой группой информационных входов - с группой выходов пятого счетчика первого счетного узла, с

0 первой группой информационных входов третьего блока сравнения и с первой группой, информационных входов четвертого блока сравнения, второй группой информационных входов - с группой выходов пятого

5 счетчика второго счетного узла, с первой группой информационных входов пятого блока сравнения и второй группой информационных входов третьего блока сравнения, а третьей группой информационных

0 входов - с группой выходов пятого счетчика третьего счетного узла, второй группой информационных входов четвертого блока сравнения и второй группой информационных входов пятого блока сравнения, выход

5 седьмого элемента ИЛИ подключен к единичному входу пятого триггера, в каждом счетном узле прямой выход второго триггера связан с соответствующим входом седьмого элемента ИЛИ, с вторым входом

0 девятого элемента И. инверсным входом десятого элемента И, вторыми входами пятого и шестого элементов И, а нулевой вход второго триггера соединен с первым входом восьмого элемента ИЛИ, нулевым входом

5 пятого триггера, выходом четвертого элемента ИЛИ. вторым входом десятого элемента И и с нулевым входом третьего триггера, в каждом счетном узле единичный вход второго триггера объединен с первым

0 входом одиннадцатого элемента И и с единичным и синхронизирующим входами третьего триггера и является одноименным информационным входом узла, а третий вход пятого элемента И и третий вход шес5 того элемента И являются разноименными информационными входами узла, прямой выход третьего триггера подключен к второму входу одиннадцатого элемента И, соединенного выходом с соответствующим входом первого элемента ИЛИ и вторым

входом восьмого элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу обнуления пятого счетчика и входам обнуления шестого, седьмого и восьмого триггеров, объединенные единичный и синхронизирующий входы шестого и седьмого триггеров связаны с выходами соответственно пятого и шестого элементов И, а прямыми выходами - соответственно с первым и вторым единичными входами восьмого триггера, подключенного синхронизирующим входом к выходу девятого элемента И и счетному входу пятого счетчика, инверсным выходом - к входу раз0

решения счета пятого счетчика, а прямым выходом - к инверсному входу одиннадцатого элемента И и к соответствующему входу двенадцатого элемента И, подключенного выходом к второму входу седьмого элемента И, выход десятого элемента И каждого счетного узла соединен с соответствующим входом первого элемента ИЛИ, второй вход девятого элемента И подключен к второму входу третьего элемента И и третьему входу второго элемента И и является синхронизирующим входом устройства.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в высоконадежных системах управления реального времени. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач. Сущность изобретения состоит в адаптации к классу решаемых резервированными каналами задач, В устройстве предусматривается два режима работы: в первом устройство обрабатывает сигналы, а во втором определяет максимальное время расхождения сигналов. Устройство содержит два генератора констант, два мажоритарных элемента, четыре одновибратора, регистр, семь .элементов И, семь элементов ИЛИ, пять блоков сравнения и три счетных узла, каждый из которых содержит пять триггеров, счетчик, пять элементов И, элемент ИЛИ. 3 ил.

te/

№етнйе устройс/лДо 4f

вче/лное устройс/я$о 42 Фиг.д

Счетное устройство 40