Устройство для встроенного контроля цифровых схем

(ГОСПАТЕНТ СССР) С)ПИ АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТ однозначные соог виде таблиц, фор входных и выходн2) любой конт раметр и выходно диться в одном изветствия, за мул между х векторов; ролируемый й сигнал КО двух состоя даваемые начениям входной памогут нахоий: "0" или е. не ных п со ме состоянии входах КОство Х те- личестве Согла для испр летворяю формул, ный выхо сно принятым выше доп вного КО каждой ТП Х щей списанию компоне аблиц), соответствует о дной сигнал У,. Такую и ущениям 6 Х. удовта (в виде пределен- оследова(21) 4914919/24(56) Авторское свидетельство СССР М 1425680, кл, 6 06 Р 11/26, 88.Авторское свидетельство СССР М 1424019, кл, 6 06 Р 11/26, 88 (прототип). (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВСТРОЕННОГО КОНТРОЛЯ ЦИФРОВЫХ СХЕМ(57) Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в высоконадежных системах Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в высоконадежных системах управления при повышенных требованиях и достоверности управляющих воздействий. Такими являются, например, системы управления испытаниями технологического обьекта.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей устройства за счет обнаружения дополнительного класса неисправностей (обьекта путем включения элементов, формирующих логику поиска этого класса неисправностей в зависимости от заданной вероятности их отсутствия),Контролируемый обьект(КО) характеризуется следующими свойствами:1) доступен для наблюдения вектор входных параметров и вектор выходных сигналов как в исправном, так и неисправном состоянии. При этом считаются известными управления при повышенных требованиях к достоверности управляющих воздействий. Цель - расширение функциональных возможностей эа счет обнаружения дополнительного класса неисправностей. Предлагаемое устройство контролирует сам факт появления неисправностей без указания причины и места ее возникновения, что вполне приемлемо для обьекта, представляющего собой сменный конструктивный модуль, ремонт которого может достигаться его заменой, выявление этой неисправности предлагается проводить в зависимости от вводимой оператором вероятности Р отсутствия неисправности после тестирования. 1 з.п, ф-лы, 7 ил,3) КО не обладает памятью, т бен накапливать значения вход тров или выходных сигналов: 4) КО имеет Р входов с числом каждого 2; это означает, что на может быть сформировано множ стовых последовательностей в ко М1836685 чик енерируеивх а Аоод Ю РНУВ ГчетчУКИ Юйщей сление юм.ра,у фрурЯру lЯ 7 ЧКО оиродаюгм ю ЬЮ 7 Р Уюае саум 1 аЬРЕШВИиЕ На,УаЛЮР ти ЮЛРЮУ Ажц КОие аЮания Составитель В. СаблинаТехред М, Моргентал Корректор М, Самборска едакт аказ 3021 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035. Москва, Ж. Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Уж ул. Гагарина. 10 Юачанобочнио Я сигиалРЮ 7 лщРтельность Х будет называть ключевой тестовой последовательностью (КТП);5) неисправный КО характеризуется следующим свойством: существует такая последовательность Х 6 Х и Х; ФХ 1(где Х - КТП), что соответствующий ей вектор выходных сигналов% совпадает с У 1 КТП,Предлагаемое устройство контролирует сам Факт появления вышеприведенной неисправности без указания причины и места ее возникновения в КО, что вполне приемлемо для объекта, представляющего собой сменный конструктивный модуль, ремонт которого может достигаться его заменой. Выявление этой неисправности предлагается проводить в зависимости от вводимой оператором вероятности Р отсутствия неисправности после тестирования.Исходя из характеристик КО, для заданной вероятности Р кроме КТП генерируется ряд ТП из множества Х с общим числом И; удовлетворяющим условию:М=МхР Р) где Р - заданная вероятность отсутствия неисправности после тестирования, причЕм И определяется для каждой КТП.Считается, что распределение сбойных ситуаций по всему объему пространства состояний КО - Х (до начала тестирования) - равномерное, в данном контексте под пространством состояний понимается множество всех возможных точек ТП. Точки ТП Х 1, Х 2, , Хв, , принадлежащие отрезку(0,111, назовем равномерно распределенными, если для любого отрезка(0,1) (с количеством точек на этом отрезке Ям(1 выполняется условие:Ям(ЦЮ= О,М -согде О - длина отрезка.Естественно предположить, что оптимальным (в смысле обнаружения неисправностей при минимальных затратах) должно быть равномерное распределение точек в пространстве ТП, генерируемых из общего числа М.Упорядочим множество Х, поставив в соответствие Х Е Х (1М), его порядковый номер. Тогда все элементы множества Х геометрически могут быть представлены в виде окружности из равномерно, расположенных, с шагом, равным 1.М точек, соответствующих элементам множества Х. Генерацию равномерно распределенныхточек ТП предлагается осуществлять выполнением следующих действий:1) на окружности с заданным числом М соответственно пронумерованных точек выбрать случайным образом точку 1 и считать соответствующую ей ТП первым элементом множества Х выбираемых ТП (Х 6 Х);2) вычислить шаг Я равномерной выборки й тестовых последовательностей;3) двигаясь по окружности с шагом Я отточки 1 в сторону увеличения номеров точек, заполнить множество Х выбираемых ТП, количество элементов которого Й определяется уравнением (2).Следует заметить, что величина И, определяемая уравнением (2), и шаг равномерной выборки должны быть только целыми в силу того, что точки на.кольце натуральные числа, Тогда выражение (2) преобразуется к виду;М 1+ а =1 при 1 М хфФО (3)а =0 при 1 М х р =020 где(М х Р) - целая часть произведения;(М х Р) - дробная часть произведения,Сам принцип Формирования множестваХ выбираемых ТП зависит от заданной вероятности Р отсутствия неисправности, а25 именно:1) для Р0,5 производится выбор точекна окружности с шагом Я и формируютсяТП, соответствующие выбранным точкам;2) для Р0,5 Осуществляется исключе 30 ние точек на окружности с шагом Я и ТПФормируются соответствующими остав, шимся точкам.Это утверждение не требует доказательства, т.к. согласно выражения (3) при М=35 =М/2 выбирается каждая вторая точка и приувеличении й число выбираемых точек больше числа исключаемых,Шаг равномерной выборки ТП из общего их количества зависит только от заданнойвероятности Р отсутствия неисправностиДействительно, для Р0,5 выбираемые,точки ТП, разбивая окружность из М равномерно распределенных точек на й дуг, располагаются на окружности с шагом Я =(МЩ,Количество точек в последней дуге определяется как:К, = М - Я х (Я) (4)при КЯ+ 1 обеспечения более равномерного выбора точек вводится дополнитель ный шаг выборки Я 1 =Я+1, приэтом шагомЯ 1 будет образовано 61 = К-(В/+ 1) дуг, а шагом Я - образовано 6 = (гч)-61 дуг, Равномерное распределение шагов Я и Я 1 при разбивке на дуги обеспечивается следу ющими условиями:1) при 616 каждый 0-ый шаг равен Я:шаг 1=Я 1шаг О =Я шаг О+ 1 =Я5 10 мы работы устройства в режиме 40тестирования по неключевым ТП. шаг 2 О =ЧЧгде 0 = й/6) + а, а + 1 при (й/6) Ф 0 или а=Опри (й/6) = О.2) для 61 ( 6 каждый 0-й шаг равен ЧЧ 1, гдеа = 1,= й/6 11+ а при (й/6)0 или а =0 при(й/61) = 0Аналогичные рассуждения проводятся для Р0,5 в отношении корректировки шагов равномерного исключения точек с учетом .того, что эти точки разбивают окружность на (М - й) дуг. Следовательно, при разбивке на дуги может возникнуть две ситуации; 1) используется один шаг выборки И и количество точек в последней дуге определяется для Р0,5 уравнением(4) или для Р0.5 уравнением: с шагом ЧЧ = М/(М-й);2) шаги равномерной выборки ЧЧ и ЧЧ 1 разбивают окружность на даа вида дуг, соответствующих шагам ЧЧ и ЧЧьТаким образом, обеспечивается относительная равномерность выбора точек, соответствующих ТП, для любого значения заданной вероятности Р отсутствия неисправности после тестирования.На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - вариант блок-схемы БОРНТП; на фиг,З - алгоритм, иллюстрирующий работу устройства и действий оператора при тестировании вне рабочего режима; на фиг,4 - алгоритм определенияшагев,равномерной выборки; на фиг,5 - алгоритм формирования и генерирования неключевых ТП на вход КО; на фиг.б - временные диаграммы работы устройства- прототипа; на фиг.7 - временные диаграмУстройство содержит контролируемый объект 1, блок 2 сравнения, генератор 3 тестовых наборов, блок 4 свертки, дешифратор 5 конечного набора, элемент "И-НЕ" б. элементы "И" 7 и 8, дешифратор 9 эталонной сигнатуры, элемент 10 задержки, первый элемент "ИЛИ-НЕ" 11, генератор неключевых тестовых последовательностей 17, индикатор нагрузки 18, блок обработки результатов работы объекта по неключевым тестовым последовательностям 19, переключатель 20 входа контролируемого обьекта, переключатель 21 выхода. признака ошибки и имеет вход 12 данных. вход 13 синхронизации, выход 14 признака ошибки, вход 15 начальной установки, выход 16 данных и вход 22 ввода значения вероятности отсутствия неисправности после тестирова 20 25 30 45 50 55 ния (ОНТП) и поддержания диалога оператора с устройством.Контролируемый обьект характеризуется следующими свойствами;- КО имеет 16 кого ролируемых входов; - одним из режимов работы КО является тестовая проверка, когда ЗВМ имитирует контролируемый при испытаниях параметр в виде заданной последовательности команд (КПТ) и сравнивает результат 1 естирования с эталонным значением,Предельное количество ТП, которое можно сгенерировать на входы КО, в соответствии с уравнением (1), определится как;М = 2 = 655361, КО 1 находится в рабочем режиме и тестирование проводится по КТП с заданной вероятностью отсутствия неисправности после тестирования, (например, равной 1/65536 =- 0,00001, где данное число получено на основании уравнения (1) при условии равновероятности всех состояний КО; время выполнения одного измерения примерно 0,035 мин.),В этом режиме работы переключателем 20 подсоединяется вход КО к шине 12 (отсоединяется от блока 17), а переключателем 21 подключается заявляемое устройство к шине 14.При включении питания генератор 3 тестовых наборов и блок 4 свертки устанавливается в исходное состояние, Это обеспечивает невозможность появления ложного сигнала неисправности из-за несогласованных состояний блоков 3 и 4. Исходным состоянием для генератора 3 является первый тестовый набор, а для блока 4 свертки - нулевой код. Генератор 3 тестовых наборов и блок 4 свертки строятся по единому принципу в виде сдвигового регистра с обратными связями. Также в качестве генератора 3 тестовых наборов можно использовать генератор псевдослучайных наборов,В процессе выполнения рабочего алгоритма функционирования на вход 12 поступают рабочие воздействия в виде двоичных наборов. При этом устройство для контроля цифровых схем использует часть рабочих воздействий для тестирования обьекта при его функционировании без дополнительных временных затрат на тестирование, Блок 2 сравнения сопоставляет двоичные наборы на входе 12 с первым значением КТП на выходе генератора 3, Как только на вход контролируемого обьекта 1 поступает набор, совпадающий с первым значением КТП, на выходе блока 2 сравнения; оявляется единичный потенциал (фиг,б), который разрешает прохождение следующего синх 18366855 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 раимпульса, являющегося инициатором смены входного набора на входе 12, через элемент 6 на тактовые входы блоков 3 и 4, Затем по заднему фронту этого синхроимпульса генератор 3 тестовых наборов формирует следующий тестовый набор, а блок 4 свертки воспринимает реакцию КО 1 на первый тестовый набор по шине 16. Далее встроенные средства контроля ожидают поступления на входы КО 1 второго тестового набора, после ега появления на входе 12 блок 4 свертки воспринимает реакцию объекта 1 на этот входной набор, а генератор 3 тестовых наборов переключается в состояние, соответствующее третьему тестовому набору, Последующие тестовые наборы выявляются и обрабатываются аналогичным образом,После сжатия блоком 4 свертки реакции объекта 1 на последний тестовый набор генератор 3 переключается в состояние, соответствующее последнему конечному набору, Дешифратор 5 конечного набора распознает этот набор и на его выходе появляется высокий потенциал, который разрешает прохождение следующего синхраимпульса через элемент 7 на вход элемента 8, Если объект 1 исправен. то состояние блока 4 свертки после сжатия реакций объекта 1 на весь набор КТП совпадает с эталонным, на инверсном выходе дешифратара 9- низкий потенциал, а на выходе 14 устройства остаетсл низкий уровень, В противном случае(в схеме появилась неисправность), сигнатура отличается от эталонной и на выходе 14 появляется единичный импульс, свидетельствующий о наличии в схеме неисправности. Импульс опроса состояния дешифратора 9 эталонной сигнатуры, задержанный элементом 10 на длительность синхроимпульса, через элемент 11 устанавливает генератор 3 тестовых наборов и блок 4 свертки в исходное состояние, и работа устройства повторяется,2, КО 1 находится вне рабочего режима и тестирование проводится по неключевым ТП с задаваемой оператором веролтностыа отсутствия неисправности после тестирования. Отклочение устройства от шингя 14 переключателем 21 и перевод переключателя 20 и положение соединения КО 1 с ГНТП 17 является началом тестирования по неключевым ТП.На фиг.3 представлен алгоритм функционирования устройства и действий оператора в этом режиме работы,На ИН 18 появляется список значений КТП, и оператору предлагаетсл выбрать КТП и ввести значение вероятности отсутствия неисправности после тестирования с памощью входа 22. На ИН 18 выводится информация о параметрах проводимого тестирования; значение КТП, количество генерируемых ТП, обеспечивающих задаваемую вероятность ОНПТ, временные затраты. Испол ьзуя вход 22, оператор продолжает тестирование нажатием клавиши пуск например, клавиша "Р" на клавиа. туре), или вводит новое значение вероятности, В ГНТП 17 производится определение шагов равномерной выборки в соответствии с вышеприведенными теоретическими выкладками и алгоритмом, представленным на фиг.4.ГНТП 17 формирует ТП в виде 16-позиционных двоичных чисел в диапазоне от 00000000000000000 до 1111111111111111 с общим количеством М, равным:М = 2 = 65536Причем две ТП отличаются друг от друга не менее, чем на 1, Формирование множества Х тестовых последовательностей осуществляется следующим образом;Х 1 = 0000000000000000Х 2 = 0000000000000001Хз = 0000000000000010Ха = 0000000000000011 Х 65536 = 1111111111111111После нажатия клавиши ПЧСК в БОРНТП 19 из ГНТИ 17 поступает установочный сигнал, инициирующий начало работы БОРНТП, Эта же сигнал через элемент 34 поступает на вход разрешения блока 4 свертки и переводит его в исходное состояние фиг.7), ГНТП 17 подает на вход КО 1 выбранную оператором ЕТП. По заднему фронту инвертированного и задержанного на время срабатывания КО 1 элементом 29 задержки установочного сигнала с ГНТИ 17 блок 4 воспринимает реакцию КО 1 на КТП по шине 16 и переписывает ее в элемент 25 памяти, Запись в элемент 25 памяти разрешает установочный сигнал ГНТИ 17, задержанный элементом 28 на время срабатывания КО 1 и блока 4 свертки,ГНТП 17 формирует и подает на вход КО 1 ТП в соответствии с алгоритмом (приведен на фиг.5) и теоретическими выкладками на стр,4-6:Шаг 1, Генерация случайным образом первой выбираемой точки с номером(О. Ы65535) и определение первого элемента Х 1 = множества Х выбираемых ТП,Шаг 2. Формирование множества Х выбираемых ТП:2.1, Определение номера второй выбираемой точки для Р0,5:) = М 0 + фк) при+ ВкМили вычисление номера исключаемой точки для Р0,5,) =- 1+ В/при= 1+ Ю М- М - ( - 1 + Ю) при- 1 + ЩМ 2,2. Определение номера следующей выбираемой исключаемой) точки:) = М - 0+ В 4) при+ В/кМ.2.3, Повторять п,2.2 пока количество выбираемых точек не станет равным ч или количество исключаемых точек не станет равным (М - й),ЧЧк принимает значение И или В/ или УЧ - В/, если определен один шаг.При этом ТП, совпадающие со значениями с другими КТП, рассматриваются не как ключевые,Примечание. Функциональное назначение счетчиков, представленных на фиг,5, следующее:- счетчик генерируемых ТП на входы КО определяет момент окончания цикла тестирования;- счетчик неисправности определяет количество ТП, для которых обнаружена неисправность, с целью передачи этого значения в ИН 18 дл предъявления оператору дополнительной информации об общем количестве обнаруженных устройством неисправностей для заданной вероятности.После прохождения установочного сигнала с ГНТН 17, задержанного элементом 28, сохраняется значение реакции КО 1 на КТП в элементе 25 памяти. Этот же установочный сигнал, дополнительно задержанный элементом 27 на время срабатывания элементов памяти 25 и сравнения 24 и инвертированный элементом 33, закрывает вентиль 26 для устранения появления ложного сигнала неисправности при обработке реакции КО 1 на КТП. После прохождения сигнала устанавливается высокий потенциал на выходе инвертора 33, который не препятствует работе вентиля 26 при обработке реакции КО 1 на последующие неключевые последовательности, Задержанный элементом 23 на время срабатывания блока 4 свертки и формирования ТП блоком 17 сигнал с выхода элемента 29 через элементы 30, 31, 35, 34 поступает на вход разрешения блока 4, переводя его в исходное состояние. Этот же сигнал через время, определяемое элементом 29 задержки. поступает на тактовый вход блока 4 свертки. По заднему фронту сигнала блок 4 воспринимает реакцию КО 1 на ТП по шине 16 и подает ее на элемент 24 сравнения, Если КО 1 неисправен, то на 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 выходе элемента 26 по разрешению сигнала с элемента 30 появляется единичный потенциал. по которому в блоке 18 ИН выводится сообщение о неисправности КО 1.Реакция КО 1 на последующие ТП обрабатывается аналогичным образом до появления инвертированного сигнала "код тестирования" с ГНТП на элементе 3 1, который через элемент "ИЛИ" 34 устанавливает блок 4 свертки в исходное состояние и не разрешает прохождение сигнала на тактовый вход блока 4, тем самым выключая БОРНТП 19,По окончании цикла тестирования контролируемого объекта 1 на ИН 18 предлагается оператору выбрать новое значение КТП иэ приведенного списка и ввегти значение вероятности ОНПТ,Формула изобретения 1, Устройство для встроенного контроля цифровых схем, содержащее генератор тестовых наборов, блок сравнения, блок свертки, дешифратор эталонной сигнатуры, дешифратор конечного набора, элемент И - НЕ, два элемента И, элемент задержки и элемент ИЛИ-НЕ, при этом информационный вход блока свертки является входом устройства для подключения к одноименному выходу контролируемой цифровой схемы, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с входами разрешения генератора тестовых наборов и блока свертки, выход генератора тестовых наборов соединен с первым входом блока сравнения и информационным входом дешифратора конечного набора, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с входом синхронизации устройства и первым входом элемента И - НЕ, выход первого элемента И соединен с входом элемента задержки, и первым входом второго элемента И, второй вход и выход элемента И - НЕ подключены соответственно к выходу "Равно" блока сравнения и тактовым входам генератора тестовых наборов и блока свертки, первый вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с входом начальной установки устройства, второй вход - с выходом элемента задержки, выход блока свертки подключен к информационному входу дешифратора эталонной сигнатуры, инверсный выход которого соединен с вторым входом второго элемента И ыход которого является выходом признака ошибки устройства. о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей за счет обнаружения дополнительного класса неисправностей, оно содержит генератор неключевых тестовых последовс гельностей, переключатель входа контролируемойсхемы и блок обработки. первый выход которого соединен с тактовыми входами генератора тестовых наборов и блока свертки, второй выход - с входами разрешения генератора тестовых наборов и блока свертки, третий вход - с выходом ошибки устройства по неключевым словам, информационный вход - с выходом блока свертки, а входы конца и установки блока обработки соединены соответственно с одноименными выходами генератора неключевых тестовых последовательностей, тестовый выходкоторого соединен с первым информационным входом переключателя контролируемой схемы, управляющий вход является входом задания вида контроля устройства, второй информационный вход переключателя контролируемой цифровой схемы соединен с входом подачи воздействия устройства, выход переключателя и его управляющий вход подключены к выходу устройства для подключения к входу контролируемой цифро. вой схемы, к второму входу блока сравнения и входу задания режима работы устройства соответственно.2. Устройство по п.1, от л и ч а ю щеес я тем, что блок обработки содержит элемент памяти, элемент сравнения, четыре элемента задержки, два элемента И, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ - НЕ, три элемента НЕ, при этом первый вход элемента сравнения соединен с информационными входами 5 блока и элемента памяти, второй вход - свыходом элемента памяти, а выход - с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с третьим выходом блока, вход первого элемента задержки соединен 10 с входом установки блока и первым входомэлемента ИЛИ - НЕ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ и первым входом эле мента ИЛИ, выход которого соединен с вторым выходом блока, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом элемента ИЛИНЕ и входом второго элемента задержки, выход которого соединен с первым выходом 20 блока и входом третьего элемента задержки, выход которого через второй элемент НЕ соединен с вторыми входами второго элемента И и первого элемента И, третий вход которого соединен с выходом третьего эле мента НЕ, вход которого соединен черезчетвертый элемент задержки с выходом первого элемента задержки и входом записи блока памяти.