Резервированное устройство Советский патент 1993 года по МПК H05K10/00 

(Л

С

Сущность изобретения: устройство содержит 1 элемен задержки 15.1 вход установки в О 16, 1 синхронизирующий вход 17, в каждом канале 1 резервируемый блок 1,1 группу элементов ИЛИ 2, 1 триггер 3, 1 элемент неравнозначности 4, 1 мажоритарный элемент 5. 1 восстанавливающий блок 6,1 элемент И 7.1 блок контроля 8,1 группу элементов задержки 9, 2 элемента ИЛИ 10,13,2 элемента НЕ 11,12.1 блок взаимной информационной согласованности 14. 2 ил.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может найти применение в отказоустойчивых вычислительных системах автоматического управления и контроля для повышения их надежности и помехоустойчивости.

Целью изобретения является повышение достоверности выходной информации устройства при неисправностях резервируемых блоков типа ложный О.

На фиг.1 приведена функциональная схема резервированного устройства; на фиг.2 - функциональная схема блока взаимной информационной согласованности.

Резервированное устройство содержит (см.фиг.1) в каждом из N каналов (в нашем примере N - 4) резервируемый блок 1 (РБ1), группу 2 элементов ИЛИ. содержащей N элементов ИЛИ. триггер 3, элемент 4 Неравнозначности (ЭН4), мажоритарный эле мент 5 (МЭ5), восстанавливающий блок 6 (ВБ6), элемент 7 И. схему 8 контроля наличия враждебной неисправности (СКНВН9), группа 9 элементов задержки (ГЭ39), первый элемент 10 ИЛИ, первый элемент 11 НЕ. второй элемент 12 НЕ, второй элемент 13 ИЛИ, блок 14 взаимной информационной согласованности (БВИС14), а также элемент 15 задержки (Э315), Кроме того, на фиг.1 обозначены: установочный вход 16 устройства: синхронизирующий вход 17 устройства; информационный выход 18 устройства; группа информационных .входов 19-22 блоков 14 взаимной информационной согласованности; группа обменных информационных выходов 23-25 блоков 14 взаимной информационной согласованности; группа обменных информационных входов 26-31 блоков 14 взаимной информационной согласованности; группа информационных выходов 32-35 блоков 14 взаимной информационной согласованности.

Блок 14 взаимной информационной согласованности каждого канала содержит

со со о ел XI ел

(см.фиг.2) регистр 36 и программируемую логическую матрицу 37 (ПЛМ37).

Резервированное устройство работает следующим образом.

На .1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, состоящего из четырех каналов. В начале работы триггер 3 и регистр 36 БВИС14 во всех каналах устанавливаются в состояние О сигналом начальной установки, поступающим на вход 16 устройства. При этом на прямом выходе триггера 3 устанавливается нулевой потенциал, который поступает на первые входы элементов ИЛИ группы 2. Выходы всех РБ1 четырехкратно резервированы, другими словами каждый РБ1 собственный результат вычисления передает с помощью четырех резервированных шин. Предполагается, что если в РБ1 отсутствует неисправность или возникает только дружественная неисправность, то с его резервированных выходов по всем шинам передается одно и тоже значение (0 или Т), в если в РБ1 возникает враждебная неисправность, то с его резервированных выходов по разным шинам передаются разномера. БВИС14

номера РБ1,от которых посту- ют результаты

Во втором раунде с соответствующих лшхрдов Q1-Q4 регистра 36 БВИС 1-го (I 1,4) канала через группы обменных информационных выходов 23-25 передаются на группу обменных информационных входов 26-31 БВИС14 j-x 0 1,4; i j) каналов результаты вычислений РБ1 k-x(k 1,4; i & k; I.5 jj каналов. Например, с второго выхода Q2 регистра 36 БВИС14 первого канала через обменный информационный выход 23 передается на соответствующий обменный информационный вход БВИС14 третьего и четвертого каналов результат вы-, числения РБ1 второго канала, с третьего выхода Q3 - через обменный информационный выход 24 передается на соответствующий обменный информационный вход БВИС14 второго и четвертого каналов результат вычисления РБ1 третьего канала и, наконец, с четвертого выхода Q4 - через

0

5

0

ные значения (0 и 1). В первом раунде результат собственного вычисления с резервированных выходов РБ1 каждого канала, с приходом синхронизирующего импульса по шине 17 устройства, поступает через ГЭ39 на соответствующие входы СКН В Н8 и через соответствующие элементы ИЛИ группы 2 на соответствующий информационный вход 19-22 БВИС14 всех каналов.

Сначала предположим, что все РБ1 исправны, а также предположим, что результаты собственных вычислений во всех РБ1 равны 0й. С поступлением синхронизирующего импульса через Э315 на входы С регистров 36, результаты вычислений, поступающих на информационные входы 19-22 БВМС14 каждого канала, записываются в регистры 36 (см.фиг.2). Время задержки элемента 15 определяется суммарным временем выдачи результата вычисления РБ1 и задержки группы 2 элементов ИЛИ. При этом на выходах Q1-Q4 регистров 36 устанавливаются, соответственно, результаты вычислений РБ1 четырех каналов. В результате во всех БВМС14 образуются-сле- дующие матрицы:

5

0

5

обменный информационный выход 25 передается на соответствующий обменный информационный вход БВИС14 второго и третьего каналов результат вычисления РБ1 четвертого канала. Кроме того, на обменные информационные входы 26 и 27 БВИС14 первого канала с соответствующих обменных информационных выходов БВИС14 второго канала поступают, соответственно, результаты вычислений РБ1 третьего и четвертого каналов, на обменные информационные входы 28 и 29 - с соответствующих обменк-ых информационных выходов БВИС14 третьего канала поступают, соответственно, результаты вычислений РБ1 второго и четвертого каналов и. наконец, на обменные информационные входы 30 и 31 - с соответствующих обменных информационных выходов БВИС14 четвертого канала поступают, соответственно, результаты вычислений второго и третьего каналов. Аналогично, БВИС14 других каналов осуществт ляют обмены между собой. В результате

номера БВИС14

номера -БВЙС14, от которых были переданы результаты

номера РБ1 у результаты которых были переданы

Далее в БВИС14 всех каналов с помощью ПЛМ37 в каждом столбце соответствующей матрицы по правилу мажоритарного голосования осуществляется выбор одного значения. При этом на выходах Y1-Y4 ЛЛМ37 БВИС14 1-го канала реализуются следующие функции:

(I T4)

ь

+x j x j ; )

. 1

результаты

000 0 0 00 0000 (000 OJ

Эти избыточные наборы значений поступают на входы соответствующих ВБб.

. -

Теперь предположим, что в РБ1 одного (четвертого) канала возникает враждебная неисправность и он передает на соответствующий информационный вход БВИС14 одних (первого и третьего) каналов

номера

БВИС14 -. 1

номера РБ1 ,от. g которых посту- ют результаты д

После второго раунда на соответствующих входах ПЛМ37 БВИС14

второго раунда на соответствующих входах ПЛМ37 БВИС14 всех каналов образуются следующие матрицы:

1 23 4.

1 2 3,4

1234

где xi и xj - результаты вычислений РБ1, соответственно. 1-го и j-ro каналов, поступающих в БВИС14 в первом раунде; Xj и xj - результат вычисления РБТ j-ro канала, поступающих от БВЦС14 к-ых каналов во втором раунде.

В результате на информационных выходах 32-35 БВИС14 каждого канала образуются следующие избыточные наборы значений, соответствующих результатам собственных вычислений всех РБ1.

3

значение О, а на соответствующий информационный вход БВИС14 других (второго и четвертого) каналов - значение 1. В результате первого раунда выполнения алгоритма взаимной информационной согласованности на выходах регистров 36 БВИС14 всех каналов образуются следую- щие матрицы:

4

всех каналов образуются следующие матрицы:

номера

БВИС14

номера -БВИС14,- от которых были переданы результаты

1 23 4 12 34 1234 1234

Г(0). О О

номера РБ1, результаты которых оы- переданы

После реализации соответствующих налов образуются следующие избыточные функций на выходах 32-35 БВИС14 всех ка- 15 наборы значений:

.(0). , О .(0)0 О . 0(1)

(0)0 , 0

0(0). О .(0), О 1 .(0)

Г(0)0 0 .

0(0-)0 О 0(0).

..-. . (1)

номера ВБб

результаты. 0000 0000 0000 0001

Таким образом, в результате осуществления взаимной информационной согласо- ванности на входах ВБб исправных каналов образовались одинаковые наборы значений, а на входах ВБ0 неисправного (четвертого) канала содержание набора отличается по сравнению с другими. Следовательно, враждебная неисправность парируется, Это позволяет принять одинаковое решение ВБб всех каналов.

(0). О О

.(0). , О .(0)0 О . 0(1)

(0)0 , 0

0(0). О .(0), О 1 .(0)

Г(0)0 0 .

0(0-)0 О 0(0).

..-. . (1)

3

Устройство дальше работает следующим образом. Сигналы с выходов ВБб всех каналов поступают на соответствующие входы МЭ5 каждого канала, который по принципу большинства совпадающих выбирает одно значение и передает его на первый вход ЭН4. Враждебная неисправность (сбой или отказ) в каждом канале обнаруживается с помощью СКНВН8. Таблица состояний входов и выходов СКНВН8 имеет следующий вид:

При отсутствии враждебной неисправности (этому случаю соответствуют первый и последний коды, установленные на входах СКНВН8) на выходе Y1 СКНВН8 повторяется значение, которое установлено на резервированных выходах РБ1 соответствующего канала, а на выходе Y2 при этом присутствует нулевой сигнал.. Обнаружение дружественной неисправности (сбой или отказ) осуществляется с помощью ЭН4. Это реализуется следующим образом. Время задержки ГЭ39 выбирается таким образом, что на первый и второй входы ЭН4 сигналы поступают одновременно, т.е.

t9 2 + Г14.+ Тб + Т5 - Г8

где Г2 - время задержки группы 2 элементов ИЛИ; .

Г14 - время задержки БВИС14;

те- время задержки В56;

Т5 - время задержки МЭ5;

те - время задержки СКНВН8.

При совпадении входных сигналов, и, следовательно, при отсутствии и дружественной неисправности на выходе ЭН4 устанавливается нулевой потенциал, который через элемент 11 НЕ и открытый, с низким уровнем потенциала на втором выходе СКНВН8 через элемент 12 НЕ, элемент 7 И. поступает на вход R триггера 3 и подтверждает его нулеёое состояние. При несовпадении входных сигналов, и, следовательно, при присутствии дружественной неисправности на выходе ЭН4 устанавливается высокий потенциал, который через элемент 10 ИЛИ поступает на вход S триггера 3 и устанавливает его в единичное состояние. Кроме того, из таблицы видно, что в случае возникновения враждебной неисправности (этому случаю соответствуют с 2-го по 15-ый коды, установленные на входах СКНВН8) на выходе Y2 СКНВН8 формируется единичный сигнал, который через элемент 10 ИЛИ поступает на вход S триггера 3 и также устанавливает его в единичное состояние. При этом высокий потенциал с прямого выхода триггера 3 поступает на первые входы элементов ИЛИ группы 2 и с их выходов проходит на соответствующий вход ВБ6 всех каналов и уменьшает его порог на единицу. Например, если число РБ1 равно семи, а порог ВБб равен шести, то после отказа пяти РБ1 пять триггеров 3 подают свои управляющие сигналы через группы 2 элементов ИЛИ и БВИС14 на входы ВБ6, уменьшая их пороги до единицы. Устройство продолжает работать при двух оставшихся исправных РБ1.

Из приведенного примера следует, что порог ВБб должен быть равен (N - 1), что обеспечивает защиту на выходе ВБ6 от отказа типа ложный О в случае неисправности одного из двух оставшихся РБ1. 5Если триггер 3 срабатывает только

вследствие сбоя Р.Б1, что обнаруживается при формировании РБ1 нормального сигнала в очередном цикле работы, непосредственно следующим за циклом, в котором зафиксирован сбой, отключенный канал « вновь включается в схему устройства. Происходит это следующим образом. При одновременном поступлении одинаковых сигналов на оба входа ЭН4 - с выхода V1 СКНВН8 и с выхода МЭ5 - на его выходе устанавливается нулевой потенциал, который через элемент 11 НЕ. открытый элемент 7 И и элемент 13 ИЛИ поступает на вход R триггера 3 и возвращает его в состояние О. Тем самым разрешается прохождение сигнала с резервированных выходов РБ1 на вход ВБб всех каналов через соответствующие БВИС14.

0 Элементы 11 и 12 НЕ и элемент 7 И предотвращает ложную установку в состояние О триггера 3. Это происходит следующим образом. В случае возникновения враждебной неисправности на выходе Y1 СКНВН8 устанавливается нулевой сигнал.

5 Если при этом на выходе МЭ5 также появляется нулевой сигнал, то на выходе ЭН4 устанавливается нулевой потенциал В связи с тем, что элемент 7 И блокирован низким уровнем сигнала на выходе элемента 12 НЕ, так как на выходе Y2 СКНВН8 при этом

0 присутствует единичный потенциал, единичный сигнал с выхода элемента 11 НЕ на вход -R триггера 3 не поступает, следовательно, он свое состояние не изменяет.

Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет парирования неисправностей

5 резервируемых блоков типа ложный О повышается достоверность выходной информации.

Формула изобретения Резервированное устройство, содержащее элемент задержки и в каждом из N каналов резервируемый блок, восстанавли0 вающий блок, триггер, мажоритарный элемент, элемент неравнозначности, группу элементов задержки, блок контроля, первый и .второй элементы НЕ. элемент И, первый и второй элементы ИЛИ и блок взаимной информационной согласованно5 сти, синхронизирующий вход устройства соединен непосредственно с одноименными входами резервируемых блоков всех каналов и через элемент задержки с одноименными входами блоков взаимной

информационной согласованности всех каналов, причем в каждом канале первый вход второго элемента ИЛИ соединен с входами установки в О устройства и блока взаимной информационной согласованности, подключенного группой обменных информационных выходов к группам одноименных входов одноименных блоков других каналов, а группой информационных выходов - к группе входов восстанавливающего блока,.выход которого является информационным выходом устройства и соединен с соответствующим входом мажоритарных элементов всех каналов, резервированные выходы резервируемого блока через соответствующие элементы задержки группы подключены к соответствующим входам блока контроля, первый выход которого соединен с первым уходом первого элемента ИЛИ и через второй элемент НЕ - с первым вхоДом элемента И. а второй выход - с первым входом элемента неравнозначности,

0

5

связанного вторым входом с выходом мажоритарного элемента, а выходом - с вторым входом первого элемента ИЛИ и через первый элемент НЕ - с вторым входом элемента И, выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, от личающее- с я тем, что, с целью повышения достоверности выходной информации при неисправностях резервируемых блоков типа ложный О, в каждый канал введена группа элементов ИЛИ, причем в каждом канале выход каждого элемента ИЛИ группы соединен с соответствующим информационным входом блока взаимной информационной согласованности каждого канала, первый вход - с соответствующим резервированным выходом резервируемого блока данного канала, а второй вход -с прямым выходом триггера, входы установки и сброса кото рого подключены к выходам соответственно первого и второго элементов ИЛИ того же канала.

Фи&.

w vt w т

36

Qt К V №

23

24

ft

Я At

№

44 AS

Л6

Д7 A8

49

37

Yf

YZ

УЗ

№

32

Л

J4

35

27

28

2S

30

3/

Фиг.1