Резервированное цифровое устройство

Изобретение относится к цифровойавтоматике и вычислительной техникеи может быть использовано при проектировании высоконадежных цифровыхсистем.,Известна резервированная вычислительная система, содержащая М резервируемых модулей, из которых триявляются активными, блок реконфигурации, блоки сравнения и регистрсостояний. 1 .К недостаткам этой системы можноотнести наличие Сложного блока ре"конфигурации с большим числом входови выходов, что существенно снижает,надежность.Наиболее близким по технической=сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению являетсярезервированное устройство в составкоторого входит М идентичных каналов, блок элементов ИЛИ, выход которого является выходом системы,счетчик состояний, выходами подсоединенный ко входам дешифратора 21 .Каждый изб резервных каналовсодержит резервируемый модуль, выходы которого соединены со сходамиблока выходных элементов ИЛИ и спервой группой входов блока сравнения, вторая группа входов которойсоединена с выходом системы.В состав каждого резервного канала входят также переключатель питания, управляющий подачей напряженияпитания на резервируемый модуль канала, и схема ИЛИ, выход которойсоединен с управляющим входом переключателя, а входы - с выходамидешифратора таким образбм, что каждому коду счетчика состояний соответствует состояние устройства сдвумя подключенными к источнику питания и синхронно работающимирезервируемыми модулями. Появлениесигналов контроля на выходе любогоиз блоков сравнения вызывает изменение кода в счетчике и, следовательно, выбор другой пары модулей,причем изоляция неисправных моду"лей обеспечивается их отключениемот источника питания (в этом случаеони не влияют на значение выходнойинформации .системы) и блокировкойвыходов блоков сравнения отключенных.резервных каналов.НЕдостатки известного устройства - возможность .неиспользования работоспособного резерва и низкая эффективность использования избыточности, Например, отказ переключателя питания, препятствующий отключению неисправного канала, вызывает отказ всего устройства, несмотря на наличие исправного резерва. Анало-. гичное состояние достигается и при отказе элементов, блокирующих выходы блоков сравнения отключенных каналов. Недостаточная эффективность использования резерва проявляется также в том, что несмотря наналичие избыточных блоков сравненияотказ какого-либо из них исключает5 возможность использования в работесоответствующего резервируемогомодуля.Целью изобретения является повышение надежности.10 цель достигается тем, что в резервированное цифровое устройство, содержащее счетчик состояний резерва,прямые выходы которого соединены свходами первого дешифратора, блокэлемента ИЛИ, первый вход каждогоиз которых соединен с соответствующим выходом дешифратора, а выход -с входом соответствующего переключателя питания, выход которого соединен сшиной пиТания соответствующего резервируемого модуля и по числу резервируеЪых модулей М блоков сравнения,первые группы входов которых соединены с выходами соответствующихрезервируемых модулей, введены М25 магистральных элементов, счетчиксбоев и мультиплексор, информацион"ные входы которого соединены с выходами блоков сравнения, а выходсо входами установки всех резервиру 30 емых модулей и с входом счетчикасбоев, выход перевыполнения которогосоединен со входом счетчика состоянийрезерва, второй дешифратор, входыкоторого соединены с инверснымивыходами счетчика состояний резерва,а выходы - с вторыми входами элементов ИЛИ блока и с входами управлениямультиплексора, у каждого магистрального элемента информационные входысоединены с выходами соответствую 40 щего резервируемого модуля, выходы -с второй группой входов соответству"ющего блока сравнения и с магистральюинформации и управляющих сигналов;а вход управления соединен с соот"45 ветствующим выходом первого дешифратора, шины питания магистральныхэлементов и блоков сравнения соединены с выходами соответствующих переключателей питания,50 В состав устройства входят М резервируемых модулей, 1-1.1-В,такое же,.число блоков 2-1, , 2-Мсравнения и магистральных элементов 3-1, , З-М, магистраль 4 информации,и управляющих сигналов,мультипликатор 5, счетчик 6 сбоев,счетчик состояния резерва 7, дешифраторы 8 и 9 навыходов, а такжеблок 10 элементов ИЛИ и М переключателей 11-1, , 11-М питания.60магистральные элементы представляют собой элементы, способные работать на общую нагрузку или переходить (по управляющему сигналу) в65 "третье состояние", отключаясь от1023685 Составитель В. МаксимовТехред Й.коштура Корректор В, Бутяга Редактор Л, Повхан Тираж 845 Подписное ВНИИПИ Государстйенного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 4243/51 филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нагрузки, что позволяет электрически объединить выходы резервируемых модулей в магистраль.Устройство работает следующимобразом,В начале работы счетчики б и 7обнулены, и значения выходных сигналов дешифраторов обеспечиваютустановку исходного состояния устройства, в котором первый и второй резервируемые модули с помощью соответствующих переключателей питанияподключены, а остальные М -2 модуля(и соответствующие им блоки сравне"ния и магистральные элементы) отключены от источника питания (не показанТ. При этом мультиплексор 5 обеспечивает передачу логического значения выхода блока сравнения первогомодуля на вход счетчика сбоев, выхо"ды первого резервируемого модуля спомощью соответствующего ему магистрального элемента отключены от магистрали .4, а второго - подключены кней. На входы управления магистральных элементов, соответствующих отвключенным от источника питаниярезервируемым модулям, также поданысигналы отключения от магистрали,В ходе функционирования устройства первый и второй резервируемыемодули работаюТ синхронно, причемвторой модуль является активным,непосредственно формируя логическиезначения на выходе устройства (намагистрали 4). Первый резервируемыймодуль является контрольным и выдаетрезультаты работы лишь на свой блоксравнения, так как его магистральныйэлемент находится в отключенном состоянии. Подключение второй группыблока сравнения к магистрали 4 обеспечивает контроль работы устройствапо совпадению значений на выходах(как .информационных, так и управля"ющих) активного и контрольного модулей. При возникновении в каком-ли"бо из подключенных модулей сбоясигнал НЕ сравнения через мультиплексор 5 поступает на входы установки резервируемых модулей и на счет"чик б сбоев. Сигнал на входах установки .;иницирует действия, обеспечивающие перевод резервируемых модулей в идентичное состояние (например, установку в исходное состояниеили, для вычислительных устройств,перезапуск программы или участкапрограммы). Счетчик сбоев позволяетизбежать ложного переключения резерва из-за случайного сбоя, сокращаяпотери времени. Если несколько попыток продолжить функционированиепосле ошибок в исходном состоянииоказываются безуспешными, счетчиксбоев регистрирует появление устойчивого отказа, формируя сигнал пере полнения, который модифицирует содер"жимое счетчика 7 состояний. При этомустройство переводится в новое состояние, в котором модуль подключенк магистрали 4, второй отключен, 15 причем выход его блока сравнениячерез мультиплексор 5 используетсякак контрольный. Таким образом,.вэтом состоянии первый резервируемыймодуль является активным, а второйконтрольным, что обеспечивает возможность работы устройства и при отказеблока сравнения первого модуля. Появление отказа в каком-либо из двухрезервируемых модулей вызывает последующие модификации счетчика 7,которые продолжаются до установкиработоспособного состояния устройства, т.е. до нахождения двух работоспособных резервируемых модулей.Работа и контроль в новом состоянии 30 происходит аналогично. Резервированное цифровое устройство сохраняетсвою работоспособность при наличиивух исправных резервируемых модулейпри условии работоспособности хотя 35 бы одного из двух соответствующихим блоков сравненияТаким образом, использованиедвойной изоляции отказавших модулей(коммутацией питания и отключениемот магистрали) позволяет сохранитьработоспособность устройства приртказах в переключателях питания имагистральных элементах. В устройстве обеспечивается более эффектив ное использование избыточности бло-ков сравнения, что позволяет значительно повысить его надежность. Так,при резервировании устройства посхеме П 2 из 6" вероятность отказа 50 по сравнению с прототипом снижается1 в 1,10-1,15 раза, если объем оборудования блока сравнения Составляет5-10 от оборудования резервируемогомодуля.