Устройство для управления переключением резервных блоков

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 011 9116 Р 1/18, Н 05 К 10 00 а Ленин полиинина ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградский ордетехнический институт им.(56) 1. Авторское свидетельство СССР645160, кл. Н 05 К 10/00, 1978.2. Акцептованная заявка Японии48-13851, кл. б 06 Р 11/00, опублик. 1973,3 . Пархоменко П, П. и др. Основы. тех. нической диагностики. М., Энергоиздат, 1981, т. 2, с, 271, рис. 7.22 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ РЕЗЕРВНЫХ БЛОКОВ, содержащее основной и резервный блоки, блоки встроенного контроля, коммутаторы, шину синхронизации, соединенную с синхровходами коммутатора, шину начальной установки, соединенную с входами начальной установки коммутатора, отличающееся тем; что, с целью повышения его надежности, в него введены блок контроля по модулю два, первый элемент И, элемент задержки, индикатор отказа устройства. Коммутатор выполнен из подблоков по числу выходов устройства, а каждый подблок коммутатора содержит индикаторы отказов основного и резервного блоков, два триггера, четыре элемента И, элемент ИЛИ и элемент сложения по модулю два, первый вход которого соединен с выходом основного блока, а второй вход - с выходом резервного блока, выход - с первым входом второго элемента И и с первым входом третьего элемента И, а второй вход третьего элемента И соединен с инверсным выходом блока контроля по модулю два, прямой выход которого содинен с вторым входом второго элемента И, третьи входы второго и третьего элементов И соединены с шиной синхронизации, выход третьего элемента И соединен с первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с шиной начальной установки в 1, первый выход первого триггера соединен с четвертым входом второго элемента И, а второй выход - с входом индикатора отказа резервного блока, выход второго элемента И соединен с первым входом первого триггера, второй вход которого содинен с шиной начальной установки в 1, первый выход вто- д рого триггера соединен с первым входомФ четвертого элемента И, второй вход- кото- фф рого подсоединен к выходу основного блока, Ю ф выход четвертого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй выход второго триггера соединен с индикато- а ром отказа соответствующего выхода основного блока и с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом резервного блока, выход пятого элемента И соединен с вторым входом эле- Сю мента ИЛИ, выход которого соединен с соответствующей выходной шиной устройства, а шина синхронизации соединена с входом элемента задержки, выход которого соединен с,вторым входом первого элемента И, ф) выход которого соединен с входом индикато ра отказа устройства, а второй вход-с прямым выходом блока контроля по модулю два.Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано для построения высоконадежных цифровых устройств.Известно устройство для указания неисправности в дублированных дискретных автоматах, содержащее резервируемые блоки, схему сравнения, блок коммутации и логические схемы управления выходными сигналами, причем выходы резервируемых блоков соединены с входами схемы сравнения блока коммутации и логических схем управления, выход схемы сравнения соединен с входом блока коммутации, выходы блока коммутации соединен с входами логических схем управления 1.Недостаток данного устройства состоит в том, что при независимой реализации выходных сигналов резервируемых блоков искажение одного выходного сигнала любого из блоков вызывает отключение всего блока. Устройство переходит в неработоспособное состояние при возникновении хртя бы по одному отказу в каждом из резервируемых блоков.Известно также устройство для предотврашения неправильного срабатывания логических сХем, содержащих два идентичных логических блока, эталонную схему, детектор несовпадения выходных сигналов логических схем, элементы И, ИЛИ, причем выходы логических схем соединены с входами элементов И и детектора, выход эталонной схемы соединен с входом детектора, выходы детектора соединены с входами элементов И, . выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ 2.Недостаток данного устройства состоит в том, что в случае независимой реализации выходных сигналов в каждой из логических схем оно переходит в неработоспособное состояние, когда при наличии хотя бы одного отказа в одной логической схеме возникает первый отказ в другой логической схеме,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство с трехкратным мажоритарным резервированием - троированая мажоритарная структура (ТМС), состоящая из трех идентичных блоков и восстанавливающих органов, причем одноименные выходы резервируемых блоков соединены с входами соответствующего восстанавливающего органа 3 .Недостаток этого устройства состоит в том, что для исправления любых однократных отказов по каждой выходу при независимой реализации выходных функций требуется исходное оборудование.Недостаток данной структуры состоит в том, что при независимой реализации выходных сигналов она не сохраняет работоспособность при произвольных одиночных отказах в каждом из резервируемых устройств, т. е. после отключения первого устройства лю бой отказ во второй устройстве приведет к отказу всей структуры, а при наличии откаэлемента И соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с соответствующей выходной шиной устройства, шина синхронизации соединена с входом элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И,50 55 выход которого соединен с входом индикатора отказа устройства, а второй вход - с прямым выходом блока контроля по модулю два за во втором устройстве любой отказ впервом устройстве приводит к отказу всейструктуры,Цель изобретения - повышение надежности устройства для управления переключением резервных блоков.Поставленная цель достигается тем; чтов устройство для управления переключеО нием резервных блоков, содержащее основной и резервный блоки встроенного контроля, коммутаторы, шину синхронизации, соединенную с синхровходами коммутатора,шину начальной установки, соединенную свходами начальной установки коммутатора,15 введены блок контроля по модулю два, первый элемент И, элемент задержки, индикатор отказа устройства, Коммутатор выполнен из подблоков по числу выходов устройства, а каждый подблок коммутатора содер 0 жит индикаторы отказов основного и резервного блоков, два триггера, четыре элемента И, элемент ИЛИ и элемент сложения помодулю два, первый вход которого соединен с выходом основного блока, а второйвход - с выходом резервного блока, выходс первым входом второго элемента И и спервым входом третьего элемента И, а второй вход третьего элемента И соединен синверсным выходом блока контроля по модулю два, прямой выход которого соединенс вторым входом второго элемента И, третьивходы второго и третьего элементов И соединены с шиной синхронизации, выход третьего элемента И соединен с первым входомпервого триггера, второй вход которого соединен с шиной начальной установки в 1,первый выход первого триггера соединенс четвертым входом второго элемента И, авторой выход - с входом индикатора отказа резервного блока, выход второго элемента И соединен с первым входом первоготриггера, второй вход которого соединен с40 шиной начальной установки в 1, первыйвыход второго триггера соединен с первымвходом четвертого элемента И, второй входкоторого подсоединен к выходу основногоблока, выход четвертого элемента И соеди 45нен с первым входом элемента ИЛИ, второйвыход второго триггера соединен с индикатором отказасоответствующего выходаосновного блока и с первым входом пятогоэлемента И, второй вход которого соединенс выходом резервного блока, выход пятогоНа фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг, 2 - подблок коммутатора, функциональная схема.Устройство, (фиг. 1) содержит основной и резервный блоки 1, блоки 2 встроенного контроля, коммутатор 3 (состоящий из подблоков 3 3 коммутации), блок 4 контроля по модулю два с прямым 5 и инверсным 6 выходами, входные 7 и выходные 8 шины устройства, выходные шины 9 основного и резервного блоков и блоков 2 встроенного контроля, шину 10 начальной установки, шину 11 синхронизации, первый элемент И 12, элемент 13 задержки, индикатор 14 отказа устройства.Каждый подблок коммутатора 3 (фиг. 2) содержит первый триггер 15, элемент 16 сложения по модулю два, второй триггер 17, второй 18 и третий 19 элементы И, индикаторы 20 отказов основного и резервного блоков, четвертый элемент И 21, пятый элемент И 22 и элемент ИЛИ 23.Выходная функция блока 2 встроенного контроля удовлетворяет условию Если блоки 1 являются автоматами без памяти, то функция 1 определяется путем указанного выше преобразования над функциями 1 1 г, , 1. Если же блоки 1 являются синхронными автоматами с памятью, то задание на построение блоков 2 сводится к нахождению такого автомата с памятью, выходной сигнал которого был бы равен сумме по модулю два выходных сигналов блока 1 на всем множестве рабочих входных наборов и множестве допустимых состояний схем памяти блока 1. При наличии цепей начальной установки такой автомат всегда можно синхронизировать е автоматом блока 1.На прямой выходе 5 блока 4 контроля.по модулю два реализуется функция М = 1 +г+" + ., а йа инверсном выходе 6 - функция ЗМ инверсная функции ЯМПредлагаемое устройство строится на на основе известного метода обработки данных, представленных в виде двух идентичных слоев, каждое из которых имеет информационные разряды и один контрольный разряд контрольной суммы по модулю два, модифицированного с учетом особенности функционирования ненадежных дискретных устройств. Поток отказов является простейшим и, следовательно, обладает свойством ординарности. Допустим, за интервал времени ь(при д/1-0, где 1 - интервал времени, на котором определяется надежность) с вероятностью единицы появляются входные наборы, на которых проявляются все одиночные отказы. Вследствие ординарности потока отказов за малое время д 1 наиболее вероятным является появление одиночных отказов, что дает возможность обнаруживать и обрабатывать их последовательно.Устройство работает следующим образом, В начальный момент времени основной ирезервный блоки 1 являются исправными, по шине 10 первые и вторые триггеры всех подблоков коммутатора 3 устанавливаются в 10единичное состояние. В результате начальной установки к выходным шинам 8 подключаются выходы основного блока, так как в исходном состоянии блоки 1 исправны и функций 1+,удовлетворяет условию (1), то сигнал ЯМ=О, а сигнал ЬМ= 1.Работа устройства синхронизирована,входные сигналы на шинах 7 могут изменяться только в фиксированные моменты времени 1, в моменты времени (1; + 1, ), на шину 11 коммутатора поступает синхрони - 20 зирующий сигнал, который синхронизируетпереключение триггеров коммутатора. Интервал 1 з выбирается достаточным для завершения переходных процессов в блоках 1 и установки новых значений сигналов на выходах 5 и 6 блока 4, что защищает комму- М татор от ложных срабатываний. Отказ в основном блоке 1 приводит кФискажению одного из выходных сигналов 1;,блок 4 контроля по модулю два выявляетданную ошибку и формирует сигналы М =1и ЬМ= О. При поступлении очередного синхроимпульса коммутатор отключает от выходной шины 8 отказавший выход основногоблока 1 и подключает идентичный выходрезервного блока 1. После произведенногоЗ 5 переключения сигнал ЯМ станет равен нулю,а сигнал ЯМ - единице, Если первоначально возникает отказ в резервном блоке 1,вызвавший искажение выходного сигналато сигналы ЯМ и ЯМ не изменяется,40так как данный выход резервного блока неподсоединен к выходным шинам. Подблоккоммутатора, соединенный с 1-ми выходами.основного и резервного блоков, выявляетрассогласование сигналов 1; и 1; блокируетвозможное подключение 1-го выхода. резерв 45 ного блока 1 к выходной шине в случаепоследующего отказа 1-го выхода основногоблока 1.В случае отказа обоих одноименных выходов основного и резервного блоков сигнал ЯМ устанавливается в единицу и не50 сбрасывается переключением соответствующего подблока коммутатора. Поэтому припоявлении на выходе элемента 13 задержанного сигнала синхроимпульса сигнал ЬМ через элемент И 12 включает индикатор 14.Тем самым обнаруживается любой двукратный отказ, приводящий к искажению одноименных выходных сигналов основного ирезервного блоков,Подблок коммутатора 3 (фиг, 2) работает следующим образом.После подачи по шине 10 сигнала началь ной установки триггеры 15 и 17 устанавливаются в единичное состояние. Триггер 15сигналов с единичного выхода обеспечивает подключение выхода основного блока через элемент И 21 к выходной шине 8, Элемент И 22 блокирован и выходной сигнал резервного блока на выходную шину 8 не поступает. Входные сигналы подблока коммутатора 1; и 1, совпадают, поэтому выходной сигнал схемы сложения по модулю два равен нулю,При появлении первого отказа в резервном блоке сигнал на выходной шине остается верным, выходные сигналы блока контроля по модулю два не изменяют своего значения. Однако из-за возникающего рассогласования одной пары сигналов на шине 9 выходной сигнал соответствующего элемента 16 станет равным единице и поступит на элемент И 18. Так как сигнал выхода 6 равен единице, то выходной сигнал элемента 16 в момент поступления на шину 11 синхронизирующего импульса переводит триггер 17 в нулевое состояние, при этом включается индикатор 20 отказа данного выхода резервного блока 1 и блокируется элемент И 19, чем предотвращается срабатывание триггера 15 при последуюгцем равенстве единице сигнала на выходе 5, вызванного дальнейшими отказами других выходов основного блока. При появлении первого отказа в основном блоке сигнал на выходе данного подблока коммутатора искажается, что вызывает формирование на выходах блока 4 сигналов ЯМ=1 и ГМ = О, а также установку сигнала элемента 16 в значение единица, В результате очередной синхроимпульс на шине 11 через элементы И 19 поступает на второй вход триггера 15 и переключает его в нулевое состояние. Нулевой сигнал с прямого выхода триггера 15 блокирует элемент И 21, отключая от выходной шины выход основного блока, Единичный сигнал с инверсного выхода триггера 15 разблокирует элемент И 22 и подключает к выходной шине выход резервного блока, кроме того выдается сигнал на блок 20 индикации отказа выхода основного блока.Переключения, вызванные первым отказом, приводят либо к переключению триггера 15, если отказ произошел в основном блоке, либо к переключению триггера 17 и блокировке элемента И 19, если отказ произошел в резервном блоке. Поэтому следующий отказ в оставшемся исправным блоке 20 не вызовет переключений, изменяющих выходной сигнал 1; вследствие этого сигнал 8 М не будет установлен в нулевое состояние, и будет зафиксирован отказ резервируемого устройства,Таким образом, добавление по одномуконтрольному разряду обеспечивает независимую коммутацию по каждой паре идентичных выходных сигналов основного и резервного блоков. Отказ избыточного устройства при абсолютно надежных коммутаторе Зо и блоке контроля по модулю два наступаеттолько при отказах хотя бы в одной паре идентичных выходов. Вероятность этого отказа значительно ниже вероятности наличия в основном и резервном блоках, которая является вероятностью безотказной ра боты прототипа,Редактор Е. Кривина Заказ 2827/45 ВНИИПИ Гос по делам 113035, Москва,филиал ППП Пат