Генератор псевдослучайных кодов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик вн 951301(22) Заявлено 01. 10. 80 (21) 2987192/18-24с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -Опубликовано 150882, Бюллетень Мо 30Дата опубликования описания 150882 Р 1 М К з С 06 Р 7/58 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72 Авторы изобретения Л.Ф.Карачун, В.Н.Куш, Р.И.Лупанова и А.М. 71 Заявитель нструкторско-технологическслительной техники ециальное бюро вы 4) ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ КОДОВ атора явает воэможтей сигнаов,ущестИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для организации вероятностных испытаний цифровых объектов для получения последова 5 тельностей случайных кодов заданного веса, необходимых при машинном синтезе контролирующих тестов; для формирования псевдослучайных последовательностей символов, необходимых при статистическом моделировании физических процессов и синтезе вероятностных автоматов.Известен генератор равномерно распределенных псевдослучайных чисел, содержащий регистры сдвига с сумматорами по модулю два в цепи обратной связи 13.Недостатком этого генерляется то, что он не обладж ностью изменения вероятнослов на своих выходах.Известен также управляеввдй генератор случайных или псевдослучайных последовательностей, содержащий дат чик случайных импульсов, подключеиный к входу регистра сдвига, генератор тактовых импульсов, счетчик, входы которого связаны с входами дешифратора, подсоединенного выходом к 30 входу наборной панели, подключеннойк схемам совпадения коммутатора 12.Недостатком этого генератора являются большие аппаратурные затраты(наборные панели, дешифраторы, ком-, мутаторы матричного джипа и т.д.). Кроме того, применение такого генератора в качестве источника проверочных кодов в системах контроля сложных цифровых схем имеет существенные ограничения связанные с тем, что для большего класса цифровых схем совпадения фронтов сигналов на определенном числе входных полюсов приводит к так называемой "гонке фронтов", в результате которой невозможно определить однозначное состояние, принимаемое схемой, Неопределенное поведение схемя. затрудняет достоверную оценку правильности ее функционирования. Для известного генератора допускается появление на его выходах любой комбинацни выходных сигналов и соответственно может произойти одновременно переключение (изменение состояний) произвольного числа выход что, как отмечалось, является с ,венным недостатком для генераторов испытательных последовательностей.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является генератор псевдослучайных кодов, содержащий регистр сдвига с сумматором по модулю два в цепи обратной связи, управляемый регистр сдвига, 5 каждый разряд которого содержит триггер, первый, второй и третий элементы и элемент ИЛИ, блок задания веса кода 133.Известное устройство позволяет О получить на каждом выходе различные псевдослучайные последовательности, причем вероятность появления единич ного символа в каждой последовательности может быть изменена с заданной 5 дискретностью. Однако при использовании его в качестве источника испытательных последовательностей в про цессе генерирования могут появиться комбинации выходных сигналов, при которых происходит одновременное случайное изменение двух или более сигналов на входах испытуемой схемы, в результате чего испытуемая схема может принять неопределенное состояние Кроме того, для него скорость генерирования зависит от числа выходов генератора, существенно уменьшаясь с увеличением числа выходовЦель изобретения - расширение Функциональных возможностей генератора 3 О путем получения последовательностей псевдослучайных сигналов с заданными Фазовыми соотношениями, а также по" нышение быстродействия генератора.Для достижения поставленной цели 35 в известный генератор псевдослучайных кодов, содержащий генератор М-последовательности, первая группа выходов которого соединена с группой входов управляемого регистра4 О сднига, управляющий вход которого подключен к выходу блока задания веса кода, первый вход которого является управляющим входом генератора, тактовый вход которого подключен к тактовым входам генератора М-последовательности и управляемого регистра сдвига, выход которого соединен с вторым входом блока задания веса кода, введены и групп триггеров и и дешифраторов, управляющие входы которых соединены с группой выходов упранляемого регистра сдвига соответственно, выходы второй,третьей1-ой (1=и+1) групп генератора М-последовательности соединены с соответствующими входами первого, второго и-го дешифраторов, выходы каждого 1-го ,1=12п) дешифратора соединены со счетными входами соответствующих, триггеров 60 1-ой групп, выходы которых образуют 1-ую группу выходов генератора. На Фиг.1 приведена блок-схемагенератора; на Фиг. 2 - схема управ- . 65 ляемого регистра сдвига; на Фиг.3схема блоказадания веса кода,Генератор содержит генератор М-последовательности 1, выходы которогоразбиты на 1 групп по щ разрядов вкаждой, Выходы каждой группы блока 1связаны с входами одного из 1 дешифраторов 2. Управляющий вход 3 каждого иэ дешифраторов 2 подключен к одному иэ 1 выходов управляемого регистра сдвига 4. Каждый из 1 2 выходов всех дешифраторов 2 связан сосчетным входом одного из 1 2 выходных триггеров 5, выходы б которыхявляются выходами генератора. Входыуправляемого регистра сдвига 4 связаны с 1 произвольными выходами блока 1. Выход 7 последнего разряда управляемого регистра сдвига 4 связанс одним входом блока задания веса 8,второй вход которого подключен к шиненастройки 9,а выход которого подсоединен к входу 10 первого разряда управляемого регистра сдвига 4.Шина тактовыхсигналов 11 подключена к тактовым входам 12,и 13 блоков 4 и 1. Управляемый регистр сдвига 4 (фиг.2) содержиттриггеры 14, элементы И 15-17, элементИЛИ 18. Этот блок выполняет Функции вероятностного коммутатора, который в случайном порядке подключает заданное число дешифраторов.2 к выходам генератора псевдослучайных чисел блоку 1. Существенно, что для обеспечения изменения вероятности появ-ления единичного сигнала на любом иэ выходов б предлагаемого генератора очень удобйо использовать для построения блока 4 управляющий регистр сдвига. При изменении числа единиц (веса кода), циркулируемых в управляемом регистре сдвига, происходит пропорциональное изменение частоты выбора каждого из дешифраторов 2 (необходимо обратить внимание, что в каждый момент времени одновременно выбрано столько дешифраторов 2, сколько единиц циркулирует в блоке 4) и соответственно пропорционально этому изменяется частота появления единицы на каждом выходе любого из дешифраторов 2. Назначение блока 8 задания веса кода фиг,3) заключается в осуществлении изменения в процессе работы (т,е. без остановки генератора) числа единицциркулируемых н блоке 4. Для этого блок 8 в соотнетствии с поступающим по шийе 9 сигналом, говорящим об увеличении или уменьшении на определенное число количества единиц в блоке 4, производит блокировку цепи обратной связи блока 4 н момент появления на выходе 7 единиц - н случае уменьшения числа единиц, либо производят запись единиц по входу 10 в моменты появления на выходе 7 нулей - н слу; чае увеличения числа единиц. Кроме35 40 45 Т - Сд тс ),60 65 того, начальный код последовательно может быть записан с помощью блока 8 в блок 4. Блок задания веса кода . содержит элементы И 19-21 и элемент ИЛИ 22,Устройство функционирует следующим образом.В управляемый регистр сдвига 4 по шине 9 через блок задания веса кодов 8 поступает код настройки с заданным весом К. При этом блок 4 настраиваетО ся на выдачу разрешающих сигналов по К из 1 произвольным выходным шинам. Число Кможет быть изменено от 0 до 1 в зависимости от веса кода настройки. Так как сигналы, поступаювще с 15 выходов блока 1, являющегося датчиком псевдослучайных равномерно распределенных чисел, на входы блока 4 носят псевдослучайный характер, то изменение кодовых комбинаций с заданным весом К в блоке 4 также происходит случайным образом и соответственно выбор К из 1 дешифраторов 2 случайный.Работа блока 4 заключается в следующем. Если в данном такте на 1 выходах блока 1, связанных с входами блока 4, нулевые сигналы, то блок 4 в этом такте срабатывает как обычный сдвиговый регистр. Если же входной случайный вектор, формируемый на 1. выходах блока 1, имеет в каких-либо разрядах единичные компоненты, тосоответствующие разряды блока 4 отк-,лючены как своими входами, так ивыходами, а информационные сигналы,движущиеся между разрядами блока 4,обходят отключенные разряды блока 4.Таким образом в каждом такте сдвига разряды кода, записанного в управляемом регистре 4, "перепрыгивают" через разряды регистра, "отмеченные" единицами во входном векторе, сформированном блоком 1, Вероятность появления разрешающего сигнала на входе 3 каждого из дешифраторов 2 определяется вероятностью появления единицы в соответствующем разряде блока 4 и равна. КаждЫй из разрешенных1дешифраторов 2 в данный момент времени Формирует единичный сигнал на одном из своих выходов, номер которого определяется случайной ж-раз- рядной комбинацией на соответствующей группе выходов блока 1. Поэтому в каждом такте на входы случайно выбранных К триггеров 5 поступают единичные сигналы. Именно эти К выбранных триггеров 5 изменяют свое состояние на противоположное, а остальныетриггеры 5 сохраняют прежнее состояние., Такое функционирование триггеров 5 обусловлено тем, что они работают в счетном режиме. Таким образом, достигается изменение состояния(переключение сигнала) на заданном числе выходов. При этом генератор является управляемым. Возможно заданиевероятности изменения сигнала по каждбму выходу в соответствии с формулой В частном случае, когда К = 1, получаем в каждом такте изменение состояния только одного выхода генератора.Последовательность таких псевдослучайных кодов, получившая в литературе название последовательности псевдоциклических кодов, находит в практике испытаний цифровых схем наибольшее применение.По сравнению с прототипом предлагаемый генератор обладает дополнительными возможностями, обеспечивающими улучшение его свойств как источника псевдослучайных испытательных сигналов, предн.значенных для контроля цифровых схем. В частности, возможность генерации псевдоциклических кодов, характеризующихся перепадом уровня сигнала только на одном выходе в любой момент времени, особенно полезна в том случае, если при подаче независимых случайных сигналов на входы испытуемой схемы возникают условия для временной неопределенности или "гонки Фронтов". В этом смысле предложенный генератор прак- тически не имеет ограничений в применении. Псевдоцнклические коды. могутбыть использованы при проверке любых комбинационных или логических схем с памятью - обычно в системах с общим информационным каналом для выборки адресов устройств, дешифраторов управления или стробирующих схем систем передачи данных, Кроме того, предложенный генератор позволяет обеспечиь большую скорость генерации псевдослучайных кодов по сравнению с прототипом. Сравним скорости генерации предлагаемого генератора и прототипа. Скорость генера-, ции обусловлена частотой тактовых сигналов, синхронизирующих работу блоков генератора. Однако этот параметр нельзя .выбирать произвольно.Для того, чтобы были выполнены необходимые для правильной работы генератора временные соотношения, максимальная задержка на распространение сигнала по самому большому пути в каждом из блоков должна быть равна где Т - период следования тактовыхтссигналов;С, - время задержки переключения триггера.Судя по структуре блоков как предлагаемого генератора, так и прототипа, самая большая задержка имеет место для блока 4. Если г - длина (число элементов) цепочки из последовательно соединенных логических элементов И и ИЛИ, но которым должен пройти без искажения сигнал, а Гр- среднее время задержки сигнала для логических элементов, определяемое по паспортным данным для используемой се рии логических элементов, то должно выполняться1 7/т Г рЕсли предполоуять, что предлагаемый и известный гецераторы имеют, одинаковое число выходных каналов Х то величины 2 для прототипа и предложенного генератора опредеЛяются соответственно следующим образом20г = 2 ИФХг, = г.1где 2 - число выходов используемых дешифраторов. Если пренебречь величиной й, то из.приведенных рассуж" дений следует, что скорость предлагаемого генератора выше вТ тм " 1"асср-ь30Т- й. 2.фз.ср.раз, т.е. скорость генерации для предлагаемого генератора может быть увеличена по сравнению с прототипом во столько раз, сколько выходов имеет каждый из вводимых в схему предлагаемого генератора дешифраторов.1 формула изобретенияГенератор псевдослучайных кодов,содержащий генератор М-последовательности, первая группа выходов которого соединена с группой входовуправляемого регистра сдвига, управляющий вход которого подключен к выходу блока задания веса кода, первыйвход которого является управляющимвходом генератора, тактовый входкоторого подключен к тактовым входамгенератсра М-последовательности иуправляемого регистра сдвига, выходкоторого соединен с вторым входомблока задания веса кода, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения быстродействия генератора,он содержит и групп триггеров и н,дешифраторов, управляющие входы которых соединены с группой выходов управляЬмого регистра сдвига соответственно, выходы второй, третьей1-й (1=п+1) групп генератора М-последовательности соединены с соответствующими входами первого, второгои-го дешифраторов, выходы каждого1-го 1=1,2п) дешифратора соединены со счетными входами соответствующих триггеров 1-й группы, выходы которых образуют 1-ую группу выходов генератора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свдительство СССРР 436340, кл.6 Об Р 1/02,. 1973,2, Авторское свидетельство СССРР 440777, кл.С Об Р 1/02, 1973.3, Авторское свидетельство СССР .Р 69 б 510 кл.6 Об Р 1/02, 1977прототип).тираж 731 Государственного лам изобретений осква, Ж-.35, Рауш Подписомитета СССРоткрытийкая наб., д.4/5