Устройство для управления переключением резервных блоков

СОЮЗ СОВЕТСКИХСб,ИЦИР 3 ЕЕНИРЕСПУБЛИК ОЮ 01),ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Цифровая вычислительная машина ЯТАК со средствами самопроверки и самовосстановления. Экспресс-информация, серия ВТ, 1972, В 16, с, 4,5.2. Организация машины БЕКР. Экспресс-информация, серия ВТ; 1973, В 22, с. 15 (прототип).(54)(57) УСТРОИСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ РЕЗЕРВНЫХ БЛОКОВ, содержащее К-разрядный счетчик таймера, регистр конфигураций резерва, управляющие выходы которого соединены с управляющими выходами устройства, магистральные выходы - с магистральными выходами устройства и входами дешифратора, а соответствующие входы модификации состояния - с контрольными входами устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройза) Н 05 К 10/00, С 06 Г 11/20 ства, в него введены й -разрядныйрегистр признаков ошибок, элемент И ип -входовой элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с входом первого разряда регистра признаков ошибок и выходом элемента И, второй вход - с выходом переполнения счетчика таймера, с входом второго разряда регистра признаков ошибок и входом одновременной модификации состоя" ния регистра конфигураций резерва, а выход - с установочным выходом устройства, перый выход дешифратора подключен к входу сброса регистра признаков ошибок, магистральные выходы которого подключены к магистральнымвыходом устройства, а входы с третьего пр б -й разрядов - к контрольным входам устройства и одноименным входам Ч -входового элемента ИЛИ, второй вход дешифратора соединен с входом Я сброса счетчика таймера, выход-го разряда которого (ь-К ) соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с обменным вхо. дом устройства.Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при построении высоконадежных цифровых систем, работающих в необслуживаемом режиме. 5Известно устройство для управления переключением резерва самовосстанавливающегося при ошибках функционирования (отказах и сбоях) цифрового вычис. лительного устройства (СЦВУ), в состав которого входят узлы контроля, регистр конфигураций резерва, выходы которого соединены с входами управления конфигураций резерва блоков СЦВУ, узел управления и таймер. Уст ройство обеспечивает автоматическое обнаружение ошибок функционирования, замещение отказавших блоков резервными и перезапуск программы работы устройства с ближайщей контрольной точ ки, Р 3Недостатком этого устройства является низкая эффективность средств автоматического восстановления работоспособности после ошибки. 25Наиболее близким к данному является устройство для управления переклю. чением резерва СЦВУ, содержащее таймер, регистр конфигураций резерва, входы которого соединены с выходами 30 узлов контроля, а выходы - с входами управления конфигурацией резерва блоков СЦВУ, причем информационные входы регистра конфигураций и таймера соединены с магистралью СЦВУ, а выход переполнения - с входом прерыва. ния СЦВУ Г 23.К недостаткам известного устройства относятся жесткая реализация всех,1 фаз восстановления работоспособности,40 включая стандартную реакцию устройства на ошибки функционирования. Это затрудняет использование устройства в различных системах, так как в них оказывается необходимым формирование 45 различных реакций на ошибки различного типа: возврат к ближайщей контролькой точке программы или переход к очередной точке, повторный счет по измененным алгоритмам, тестиро ванне блоков, перезагрузка ЗУ, переход на аварийную программу, полный нерезапуск программы и т.д. Для обнаружения ошибок типа зависания или зацикливания в устройстве исполь 55 зуется таймер, осуществляющий временной контроль. Однако влияние ошибок укаэанного типа, вызванных отказами аппаратуры, не обнаруживаемыми сред. ствами контроля, или неверной идентификацией отказавшего блока в уст ройстве, не может быть устранено, что снижает надежность СЦВУ в целом.Цель изобретения - расширение области применения устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления переключением резервных блоков, содержащее К-разрядный счетчик таймера, регистр конфигураций резерва, управляющие выходы которого соединены с управляющими выходами устройства, магистральные выходы - с магистральными выходами устройства и входами дешифратора, а соответствующие входы модификации состояния - с контрольными входами устройства, введены-разрядный регистр признаков ошибок, элемент И и б -входовой элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с входом первого разряда регистра признаков ошибок и выходом элемен" та И, второй вход - с выходом переполнения счетчика таймера, с входом второго разряда регистра признаков ошибок и входом одновременной модификации состояния регистра конфигураций резерва, а выход - с установочным выходом устройства, первый выход дешифратора подключен к входу сброса регистра признаков ошибок, магистральные выходы которого подключены к магистральным выходам устройства, а входы с третьего по-й разрядовк контрольным входам устройствам и одновременным входам И -входового элемента ИЛИ, второй вход дешифратора соединен с входом сброса счетчика таймера, выход .-го разряда кото" рого (ъ(к ) соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с обменным входом устройства.На чертеже представлена структурная схема СЦВУ.1Схема СЦВУ включает предложенное устройство для управления переключения резервных блоков (УУПРБ), цифровые вычислительные блоки 3, блоки ЗУ 2, блоки связи 3 и блок управления переключением резерва 4, подключенный к магистрали ИЦВУ. В состав УУПРБ входят регистр конфигураций резерва 5, М -разрядный регистр 6 признаков ошибок, дешифратор 7, К-разрядный счетчик таймера (таймер) 8, двухвходовой элемент И 9, М -входовой элемент 1 О ИЛИ. Магистральные выходы блоков 1"3, регистров 5,6, а также входы блоков 1-3 и вход дешифратора 7 соединены двунаправленной магистралью И. Выходы контроля с,е,Р , 5 блоков 1-3 соединены с третьим Я -м входами регистра 6, а также соответствующими входами модификации состоя. ния регистра 5, выходные шины й, Ь С . , которого соединены с одно именными входами управления конфигурацией резерва блоков 1-3. Первый вход элемента 10 соединен с входом первого разряда регистра б и выходом элемента 9, первый вход которого сое динен с выходом Ъ -го разряда счет чика таймера, а второй - с выходом 11 режима обмена СЦВУ, Второй вход элемента 1 О ИЛИ соединен с выходом переполнения таймера К, с входом второ" 20 го разряда регистра 5 конфигураций резерва, а выход 1 элемента 10 ИДИ соединен с входами установки блоков 1-3. Выходы дешифратора 7 соеди иены с входом обнуления регистра 6 25 и входом обнуления таймера.Устройство для управления переключением резервных блоков в составе )СЦВУ работает следующим образом.При включении СЦВУ регистры 5,6, З 0 таймер 8 обнуляются, причем нулевой код в регистре 5 обеспечивает уста- " новку исходных конфигураций резерва блоков 1-3 (на шинах а, йнулевые воды). Число резервных комп лектов этих блоков определяется требованиями к надежности и может быть различным, Правильность функционирования после запуска программы СЦВУ оперативно контролируется аппарат ными средствами контроля блоков 1-3 с использованием любых известных методов (сравнение, контроль по модулю, с применением кодов Хэмминга и т.д.). При обнаружении отказа в ка ком-либо блоке, последний формирует сигнал ошибки на своем выходе контроля (с, Е, или Р ), который, поступая на вход регистра 5, модифицирует его состояние и тем самым состояние 50 шин управления конфигурацией резерваа, Ь нли с. в зависимости от номера отказавшего блока, чем обеспечивается переключение (реконфигурация) резерва этого блока. Одновременно в разряде регистра 6, связанном с выходом контроля отказавшего блока, устанавливается код "1" фиксирующий ошибку, соответствующую данному блоку. Сигнал ошибки поступает также на вход элемента ИЛИ 10, на выходе 1 которого формируется сигнал, поступающий на входы установки блоков 1-3 и переводящий их в фиксиро" ванное состояние блокировки обмена, реакции на прерывание, записи в ЗУ, а такке инициирующий в блоках 1 ре" жим выполнения программы анализа ошибок. При выполнении программы анализа ошибок блок 1 считывает со" держимое регистра 6, каждый разряд которого фиксирует ошибку определенного типа, программа производит их анализ, по результатам которого вырабатывает ту или иную реакцию на ошибку в зависимости от ее типа и конкретного применения СЦВУ. Возможные реакции на ошибки указаны. Непосредственно после анализа регистра 6 блок 1 при выполнении програмьы анализа ошибок через магистраль М осуществляет запись управляющего кода "0" в дешифратор 7, в результате чего вырабатывается сигнал обнуления регистра 6 на первом выходе дешифратора, тем самым подготавли" вая УУПРБ к приему вновь возникающих ошибок.1Контроль работы СЦВУ по времени осуществляется счетчиком таймера, на счетный вход которого (на чертеже условно не показан) непрерывно поступает последовательность импулвсов. Обнуление таймера происходит в моменты времени, определяемые программой при подаче кода "1" из блока 1 через магистраль М на вход дешифратора 7, в результате чего вырабатывается сигнал на втором выходе дешифратора,свя - занйом с входом обнуления таймера. При нарушении временных соотношений выполнения программы обнуление таймера не происходит и на его выходе переполнения формируется сигнал, поступающий на вход второго разряда регистра 6 (запись признака ошибки по времени) и на вход одновременной модификации регистра 5, что вызывает одновременное изменение состояния на всех шинах Ф, 6, с(т.е. переключение резерва во всех блоках СЦВУ). Сигнал переполнения таймера поступает также на второй вход элемента 10, появляется на его выходе 8 и на входах установки блоков СЦВУ, переводя его в режим выполнения про 1108623граммы анализа ошибок, выполняющей одну из указанных задач или их совокупность (в зависимости от конкретного применения СЦВУ).Следует отметить, что программа 5 анализа ошибок является самозащищенной, так как при появлении ошибок в ходе выполнения этой программы устройство УПРБ с помощью описанного механизма обеспечивает пере 0 вод СЦВУ на ее начало и выполнение этой программы в очередной установшейся конфигурации резерва блоков СЦВУ. Иэмнение конфигурации резерва блоков (реконфигурация) происходит ко кольцу. причем в случае переполнения таймера осуществляется переклю" чение резерва всех блоков в отличие от случая обнаружения ошибки только в одном (нескольких) блоках, вызываю щего переключение резерва только в одном (нескольких) блоках соответственно.Причинами ошибки по времени (отсутствия программного обнуления таймера) при выполнении СЦВУ целевых программ являются ошибки блоков, не обнаруженные их средствами аппаратного контроля. Например, необнаруженная ошибка при считывании команды из 30 ЗУ в цифровой вычислительный блок моежт вызвать его останов, установку запрещающей маски по всем входам запросов на прерывание, перевод СЦВУ в режим ожидания обмена или иное З 5 некорректное действие, вызывающее "зависание" СЦВУ или его "зацикливание" на некотором участке программы. К таким же последствиям может привести необнаруженная ошибка в любом 40 блоке СЦВУ. Использование реконфигурации резерва всех блоков при перепол-, нении таймера и переход на программу анализа ошибок уже в новой конфигу- рации резерва блоков приводит к конеч ном итоге к нормальному выходу .в работоспособное состояние СЦВУ.1Предложенное техническое решение позволяет также повысить эффективность самовосстановления по отношению 50 к неверно идентифицируемым системой контроля отказам.Так, при необнаруживаемом отказе цифрового вычислительного блока последний загружает неверные слова в блоки ЗУ, эта ошиб ка обнаруживается присчитывании из ЗУ и относится к ЗУ. В этом случае производится реконфигурация резерва работоспособного ЗУ вместо фактически необходимого переключения резерва цифрового вычислительного блока 1. Нормальное функционирование всего СЦВУ восс 1 анавливается лишь благодаря одновременной реконфигурации ре" зерва всех блоков (в том числе блока 1) по переполнению таймера, выводящей устройство из зацикленного состояния.Предложенный механизм контроля по времени обмена СЦВУ с абонентами введен с целью сокращения потерь времени при ошибках обмена типа останова СЦВУ при стартстопном обмене и отсутствии сигнала пуска от абонента или при обмене словом с ожиданием запроса на прерывание от абонента и его отсутствии. Контрольный интервал времени, через который вырабатывается сигнал с ъ -го разряда таймера, незначительно (на 15-207) превышает длительность операции обмена.Непосредственно перед началом опе- . рации обмена таймер обнуляется описанным вьппе образом, а на время выполнения обмена на выходе Ь блока 3 устанавливается уровень "1", При наличии ошибок, вызывающих превьппение отведенного на обмен времени, формируется сигнал с ъ -го разряда таймера, проходящий через элементы 9 и 10, инициирующий перевод СЦВУ на программу анализа ошибок и фиксирующий признак временной ошибки обмена в первом разряде регистра 6. Выделение этой ошибки в отдельный тип позволяет программе анализа ошибок просто продолжить текущую программу как прерванную ошибкой абонента (но не СЦВУ) либо выработать иную реакцию в зависимости от применения СЦВУ.Таким образом аппаратурные средства используются для правильного выполнения программы анализа ошибок, которой предоставляется возможность производить различные действия по восстановлению работоспособности в зависимости от типа ошибки, момента ее появления и конкретного применения СЦВУ. Это обеспечивает гибкость и эффективность системы восстановления и высокую надежность работы СЦВУ.Для оценки технической эффективности предложенного решения проведен анализ реальной схемы СЦВУ с УУПРБ. который показал, что из общего числа (ф 87) не обнаруживаемых аппаратным1108623 1Составитель В.МаксимовТехред Т.Маточка Корректор М.Шароши Редактор О.Колесникова Эаказ 5887/44 Тираа 783 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытийФилиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 контролем отказов около половины охватываются одновременной конфигурацией резерва по таймеру. Это позволяет.повысить вероятность обнаружения отказов на 3-53, что для случая резервирования блоков замещением с кратностью 4-6 обеспечивает сниаеннеотказности в 1,2-1,5 раза.