Адаптивное резервированное устройство

входов первого элемента ИЛИ и второго элемента И блоков адаптации остальных каналов, выход второго элемента И соединен с первым 5-входомпервого триггера, второй 8 -вход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выходом синхроим-пульса своего резервируемого блокаи с первым входом третьего элемента И, второй и третий входы которого соединены с выходами первогоэлемента ИЛИ и элемента НЕ соответственно, выход третьего элемента Иподключен к первому входу второгоэлемента ИЛИ, второй вход которого31ий и Е.Ю.Мочалова етельство СССР В 23/02, 1976. ельство СССР 1 1/00, 1978. ельстно СССР 1 11/20, 1981. подключен к выходу сброса резервируе его канала, г -входу ра, первому 1 -входу ра и первому входу нта ИЛИ, второй вход та ИЛИ соединен с ныа и вторым К -входом мого блока с ервого тригг торого тригг ретьего элем торого элеме аим ом го эл выход в т чен к вхоД а, счетный выходом п о тригге в ИЛИ подклю О счетчик устано ход ко мент ки в ного инеи с 1 и вх рого сое элемента ра, вход к выходу вый ныхо ом запуска тай о подключен та ИЛИ, пернен с первым та И, второй сброса котор третьего элем счетчика сое тнертого элем ходо выход - смента ИЛИгера, третта ИЛИ под ход третьего элеменк выходу четвертого клю элементаподключе н ерным хода ЛИ а Иэле ЛИ соединен с ныходора, второй вход пя о элемент ерного тр багге ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРГ 10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54)(57) АЦАНТИВНОЕ РЕЗЕРВИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее в каждом канале блок контроля, вход которого подключен к контрольному выходу резервируемого блока данного канала, элемент сравнения, элемент ИЛИ и блок даптации, содержащий дешифратор кода управления, три элемента И, пять элементов ИЛИ, мажоритарный элемент, элемент НЕ и первый триггер, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью новьшения надежности за счет восстановления мажоритарной кбнфигурации при восстановлрнии работоспособности ранее отказавших каналов,в него введены четвертый элемент И, счетчик, таймер и второй триггер, а информационный выход резервируемого блока в каждом канале подключен к первому входу элемента сравнения и к одному иэ входов мажоритарных элементов каждого канала, второй вход элемента сравнения в каждом канале соединен с выходом мажоритарного элемента, выход элемента сравнения соединен с входомйэлемента НЕ, первыми входами первого и второго элементов И блока а 11111 пи дан 11 ого канала и одним иэ м входом третьего элевходом второго тригорои вход которого гходу второго триггера м четвертого и пятого второй вход шесто1174929 ой од Информа Выхо деши я н а ра агистали 50 1-й к нал гс элемента ИЛИ соединен с выходом блока контроля своего канала, вы" ход - с одним из входов дешифратора кода управления каждого блока адаптации, выход четвертого элемента ИЛИ подключен к одному иэ входов 1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано в устройствах, использующих схемные методы повышениянадежности функционирования.5Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет восста-.новления мажоритарной конфигурациипри восстановлении работоспособности ранее отказавших каналов. ОНа фиг. представлена структурная схема предлагаемого устройства,на фиг.2 - схема дешифратора кодовуправления; на фиг.3 д, Б и- графики вероятности безотказной работыизвестного и предлагаемого устройствпри наличии сбоев в момент времениили временных отказов в момент 1 .Устройство 1,фиг.1) содержит в каж -ъОдом канале резервируемый блок 1,блок 2 контроля, управляемый мажоритарный элемент 3, элемент 4 сравнения, выходную информационную магистраль 5 и блок 6 адаптации, таймер 7,сч тчик 8, элементы И 9 9,триггеры 10 и 1 О, элементы ИЛИ 1111 и НЕ 12, дешифратор 13 кодов управления, выход 14 отказа, управляющие выходы 15 блока адаптациии управляющие входы 5 мажоритар 302ных элементов, инверторы 16 и 16и элементы И-НЕ 171,,17 ,Управляемые мажоритарные элементы 3 (фиг.1) в зависимости от сигналов на входах 15 управления с выхо- З 52дов дешифраторов 13 осуществляютфункцию мажоритирования выходнойинформации блоков 1 или передачу навыходные магистрали 5 сигналов с выхода одного из блоков 1. ф 40При коде сигнала 111 на управляюших входах 5 элемент 3 выполняетфункцию "2 из 3", при коде 100 на шестого элемента ИЛИ в каждом канале, выход шестого элемента ИЛИ соединен с входом разрешения дешифратора кода управления, выходы которого подключены к управляющим входам мажоритарного элемента свбего канала . 2 выходную магистраль 5 пропускается выходная информация блока ) первого канала, при коде 010 пропускается информация второго канала, при коде 001 - информация третьего канала,Дешифратор 13 управляет работой мажоритарного элемента 3 своего канала по сигналу разрешения с выхода элемента ИЛИ 11 и сигналами конт 6 роля, поступающими с выходов элементов 11 всех каналов. При отказе канала си:"нал контроля с выхода элемента 11 поступает на входы всех дешифраторов 13 низким уровнем - логическим "0". Если отказ отсутствует, то сигнал на выходе элемента ИЛИ 11 имеет высокий уровень логическую "1". С выхода элемента ИЛИ 11 в каждом канале на разрешающий вход дешифратора 13 кодов управления (на первые входы элементов И+НЕ 17 17 фиг,2) по - ступает логический "0", в результате чего на выходе дешифратора 13 (на выходах элементов И-НЕ 17 . 17, фиг,2) присутствует код 111, по которому элемент 3 (фиг.1) реализуетфункцию "2 из 3". Если с выхода элемента ИЛИ 16 поступает сигнал отказа (логическая "1"), то на выходе дешифратора появляется код, который зависит от сигналов на входах дешифратора 13, поступающих с выходов элементов ИЛИ 11 всех каналов, в соответствии с которыми элемент 3 пропускает информацию с входных магистралей на выходную 5:1 О ц, О 1 О 2 йка- нал 1 1, ОО О 1 Э-й ка- нал Таймер 7 отрабатывает время , в течение которого осуществляется нак оплени е ошибок в счетчике 8 . Сигнал ошибки формируется элементом 4 в результате нес равнения информации своего канала с мажоритиров анной" информацией и поступает на первый вход элемента И 9блока 6 своего канала , на второй вход которого с выхода синхроимпул ь с а блока 1 поступает с тробирующий сигнал . С тр обирующий .сигнал вырабатывается в каждом канале схемой управления (не показ ана ) при , каждом подключении информации на внутренних магистралях . С тробировани е ос ущ ес твляе тс я для исключения ложных отказов в рез ультате внутренних задержек элементов . При появлении сигнала отказа с выхода элемента 4 элемент 9 по с тробирующему сигналу с выхода блока 1 вырабатывает импульс , поступающий на счетный вход . счетчика 8 и на вход эап уска таймера 7 . После отраб отки установленного времени таймер 7 вырабатывает импульс сброса , . поступающий .и а входы установки в "О " триггераО 2и через эл емент ИЛИ 1 1 счетчика 8 . Сброс т ай 2мера в нулевое состояние осуществляется через элемент ИЛИ 115 сигна-, лами, поступающими с выхода блока 1 приведения в исходное состояние, с выхода элемента И 94 и с второго выхода счетчика 8.Счетчик. 8 накапливает сигналы ошибки, поступающие с выхода эле 25 30 35 40 50 55 ЭлеМент 4 производит сравнение информации, поступающей на его входы с информационной магистрали контролируемого канала, с информацией на 0О выходе мажоритарного элемента 3 свое.го каналаи выдает результат сравнения на входы элемента НЕ 12 и элементов И 9 и 92 блока 6 своего каналаи на входы элементов ИЛИ 11и И 9 15 блоков 6 двух других каналов, Сигнал ошибки на выходе элемента 4 име 11 , е твысокий уровень - логическую 1 при отсутствии ошибки н а выходе элемента 4 - низкий уровень (логичес кий " О" ) . мента И 9 . Сигналы на выходах счетчика 8 появляются при отсчете определенного количества импульсо, Количество импульсов, необходимых для появления сигнала на втором выходе, больше, чем количество импульсов, необходимых для появления сигнала на первом выходе. Если счетчик 8 отсчитывает количество импульсов (колцчество ошибок, выработанных элементом 4), необходимых для появления сигнала на своем втором выходе за время, меньше установленного в таймере 7, то импульс с этого выхода установит триггер 10 в единичное состояние и через элемент 115 приве дет таймер 7 в исходное состояние. Единичный сигнал на выходе 14 триггера 10 свидетельствует об отказе данного канала и выдается на индикацию отказа через элемент ИЛИ 114 своего канала и через элементы ИЛИ 11 блоков 6 адаптации остальных каналов на разрешающий вход дешифраторов 3 кодов управления. Если сигнал ошибки продолжает поступать на счетный вход счетчика 8 и на вход залуска таймера 7, то сброс последнего в ис.ходное.состояние будет происходить в момент появления импульса на первом выходе счетчика 8 через элементы И 94 и ИЛИ 11 э . Счетчик 8 и триггер О установятся в нулевое состояние таймером 7, если за время, отрабатываемое таймером 7, счетчик 8 накопит меньшее число импульсов, чем необходимо для появления сигнала на первом выходе счетчика 8.Таким образом, сброс сигнала отказа с выхода.14 триггера 10, свидетельствующего о восстановлении работоспособности канала, происходит в том случае, если число отказов, поступающих с выхода элемента 4 эа время, отрабатываемое таймером 7, будет гораздо меньше числа.отказов, при котором происходит переполнение счетчика 8 ошибок и фиксация триггером 10 отказа канала.Сброс счетчика 8 ошибок происходит и в том случае, если в момент появления импульса строба с выхода элемента 4 одного из соседних каналов на элемент ИЛИ 11 поступает сигнал отказа, а на выходе элемента 4 своего канала отказ отсутствует. Такая комбинация свидетельствует о том, что ошибки в каналах н0 возникают одновременно и допускается работа в режиме "2 из 3".Триггер 10 устанавливается в единичное состояние (выдает сигнал отказа на дешифраторы 13 кодов управления) в момент прихода стробиругщего импульсапри одновременном появлении отказов в трех каналах на входе элемента И 9, Такая ситуация возникает,при совпадающих во времени от .азах в двух любых каналах.Й осйову работы предлагаемого устроиства (фиг. 1) положен следующий прин-; цип. Адаптивное резервируемое устройст 15 во (фиг.1) работает в мажоритарном ре-. жиме при единичных сбоях в информации, возникающих в разные моменты времени в блоках 1. Определение - сбой в информации блока 1 или его 2 О отказ, осуществляется по интенсивности отказов с выхода элемента межканального сравнения информации (по количеству отказов за определенное время. При превышениц определенно го.числа отказов с выхода элемента сравнения канал считается отказавшим и устройство (фиг,1) переходит на работу от одного из исправных каналов, работоспособность которого определяется блоком 2 внутриканального контроля (например, контролем информацией на четность), При восстановлении работоспособности ранее. отказавшего канала, что опреде.35 ляется по исчезновению браков с выхода элемента сравнения данного канала либо по уменьшению их интенсивности ниже установленного уровня, происходит восстановление мажоритарной конфигурации, что повышает надежность устройства.Устройство работает следующим образом.После включения питания в блоках,145 вырабатывается импульс установки в нулевое состояние элементов с памятью, по которому с выходов блоков 1 подается сигнал, по которому счетчик 8, таймер 7 и триггеры 10 и 10 устанавливаются в исходное (нулевое) состояние, С выходов эле-. ментов ИЛИ 111 каждого блока 6 на денифраторы 1 З.кодов управления через элементы ИЛИ 116 поступает логический "О, по которому дешифраторы 13 выдают на управляющие входы мИкоритарных элементов 3 код 111, устанавливающий режим "2 из 3". Отказы в каналах отсутствуют, поэтому выполняется сравнение информации на элементах 4 на выходах блоков 2 контроля и элементов 4 устанавливаются нулевые сигналы.В процессе длительного функционирования в контролируемых каналах возникают неисправности, которые приводя: к появлению ошибок в информационной магистрали резервируемого блока 1, Первая неисправность, которая возникает, например, в первом канале, обнаруживается элементом 4 сравнения, вырабатывающим логическую "1" и блоком 2 контроля, вырабатывающим ) и 1 11Принцип обнаружения и фиксации ошибок следующий.При возникновении отказа в одном из каналов, например в первом, элемент 4 сравнения вырабатывает сигнал отказа, который поступает на элементы И 91 и 9 и НЕ 12 своего блока 6 адаптации и элементы ИЛИ 111 и И 9 других блоков 6. Стробирующий импульс разрешает прохождение сигнала отказа через элемент И 91 на счетный вход счетчика 8 ошибок и вход запуска таймера 7. В блоках 6 адаптации соседних каналов счетчик 8 и таймер 7 не запускаются, так как отсутствуют отказы на выходах элементов 4 этих каналов. Таймер 7 блока 6 первого канала запускается и начинает отрабатывать установленное время. Счетчик 8 увеличивает .свое состояние на единицу с приходом каждого импульса отказа.Если количество отказов за время ь, отрабатываемое таймером 7, меньше допустимого, например, при одиночных сбоях в контролируемом канале, то за времясигнал на втором выходе счетчика 8 не появляется и таймер вырабатывает импульс, устанавливающий счетчик 8 в "0" и подтверждающий исходное состояние триггера 10, Так как состояния триггеров 10 во всех блоках 6 адап 2тации не изменились, то дешифраторы 13 кодов управления вырабатывают код 111, при котором блока 1 выполняет функцию "2 из 3". На сигналы внутриканального контроля с выходов блоков 2 дешифраторы 13 не реагируют, так как на их разрешающемвходе присутствует "0" с выходовэлементов ИЛИ 116.51 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Если счетчик 8 накапливает количество ошибок, превышающее допустимое за время работы таймера 7, то на втором выходе счетчика 8 появляется сигнал, устанавливающий триггер 10 в единичное состояние, и через элемент ИЛИ 11 сбрасывает таймер 7 в нулевое состояние, Единичный сигнал с выхода триггера 10 поступает на выход 14 индикации отказа канала, через элементы ИЛИ 11 и 116 своего канала и через элементы 1 блоков 6 остальных каналов - на разрешающие входы дешифраторов 13 и разрешает прохождение сигналов с выходов элементов ИЛИ 11 на дешифраторы 13 всех блоков 6 для управления элементами 3. Так как в данном случае с выхода элемента ИЛИ 115 блока 6 первого канала и с выхода блока 2 поступает сигнал отказа триггера 10, а на выходах элементов 11 блоков 6 второго и третьего каналовотказы отсутствуют (как по внутри- канальному контролю блоков 2, так и по междуканальному с выходов триггеров 10 ), то на входы дешифрато- ров 13 подается код 100, по которому на их выходах формируется код 010 и элементы 3 всех каналов пропускают на информационные магистрали 5 информацию с магистрали блока 1 второго канала. Элементы 4 сравнения в этом случае сравнивают информацию на магистралях своего канала с информацией на выходе блока 1 второго канала, что позволяет продолжать контролировать отказавший канал по исправному. Таким образом, при полном отказе одного канала устройство фиг.1) переходит на работу от одного исправного канала, что повышает надежность до величины вероятнос"ти безотказной работы одного канала), а второй исправный канал переводится в резерв. При возникновении одиночного сбоя или временного отказа в канале, на который произошла перестройка в данном случае - на второй канал), блок 2 внутриканального контроля вырабатывает сигнал отказа, который че. рез эдемент ИЛИ 11 блока 6 адаптации поступает на входы дешифраторов 13 всех каналов. Код на входах дешифраторов 13 - 110, по нему на управляющие входы элементов 3 поступает код 001 и на выходные магистрали 5всех каналов пропускается информацияблока 1 третьего канала. При исчезновении временного отказа во втором канале на вход дешифраторов 13 подается код 100 и элементы 3 снова пропускают на выход 5 информацию второгоканала. Если отказ второго каналапостоянный, то по сигналу внутриканального контроля блока 2 второгоканала элементы 3 пропускают информацию третьего канала (первый каналпродолжает оставаться в состоянииотказа и на входе дешифраторов 13присутствует код 100), элемент 4второго канала вырабатывает отказпо результату сравнения информацииблока 1 второго канала с информацией на магистрали 5 исправного третьего канала, счетчик 8 блока 6 второго канала накапливает отказы и устанавливает триггер 1 Ов единичное состояние, на выходе элемента 11 устанавливается постоянно сигнал отказа второго канала и на выходе дешифраторов 13 присутствует код 001, подключающий через элементы 3 на выходные магистрали 5 информацию блока 1 третьего канала.Аналогично могут быть осуществлены фиксация отказов и перестройки конфигурации при любом другом порядке возникновения отказов в каналах.Рассмотрим работу устройства .(фиг,1) при возникновении типичныхотказовых ситуациях,Возникновение отказов в двух каналах, не совпадающих во времени.Элемент 4 первого канала вырабатыва.ет сигналы отказов, которые накап - ливаются счетчиком 8 блока 6, При возникновении отказа, например, в третьем канале его элемент 4 сравнения вырабатывает сигнал, который сосчитывается счетчиком 8 блока 6 третьего канала и одновременно поступит через элемент ИЛИ 111 блока 6 первого канала на элемент И 9 з. Так как ошибки в первом и третьем каналах не перекрываются во времени, то на выходе 14 первого канала в этот момент времени сигнал ошибки отсутствует (выдается логический "0"). По стробирующему сигналу на выходе элемента 9 блока 6 первого канала (так как на его входах присутсТвуют единицы) появляется им. пульскоторый через элемент ИЛИ 1сбрасывает счетчик 8 в "0", Триггеры 10 не изменяют своего исгходного состояния и элемент 3 продолжает выполнять функцию "2 из 3".Таким образом, отказы, вырабатываемые элементамисравнения 4 двух каналов в разные моменты времени, сбрасывают накапливаемые .счетчиками 8 противоположных каналов отка- О зы, удерживая тем самым работу элементов 3 в режиме мажоритара.Аналогичным образом поддерживается мажоритарная конфигурация элементов при возникновении отказов в трех каналах в разные моменты времени.При возникновении отказов в двух каналах одновременно,. например в первом и втором, элементы 4 сравнения всех каналов вырабатывают сигналы отказов, поступающие на эле-. менты И 9 всех блоков 6 адаптации. Сигналы на выходе элементов 9 по стробирующим сигналам устанавливают триггеры 1 О блоков 6 в единич- д 51 1 ное состояние, логические 1 с выходов которых через свои элементы ИЛИ 11и 11.6 поступают на разре-. шающие входы дешифраторов 13 кодов управления, по которым выходной сигнал дешифраторов 13 вырабатывается в зависимости от кода на выходах элементов 11 , Так как элементы внутриканального контроля первого и второго каналов вырабатывают сигналы35 отказов,то на входах, дешифраторов 13 присутствует код 110, по котррому ,на управляющих входах элементов 3 устанавливается код 001 и на выходные магистрали 5 пропускается инфсрмация блока 1 третьего канала. Отказ канала с последующим восста новлением работоспособности. При работе с одним отказавшим каналом, например первым, элемент 4 сравнивает информацию своего канала с информацией исправного в данном случае с информацией второго канала, которая пропускается элементами 3 с выхода блока 1 второго канала на магист-. раль 5). В том случае, если отказ в первом канале устранится, например процессор работает с отказавшей страницей ПЗУ или ОЗУ, а затем переходит. на работу с исправной страницей, то элемент 4 сравнения первого канала не вырабатывает сигнал .ошибки.Так как таймер 7 блока 6 первого канала запущен предыдущим сигналом отказа с выхода элемента 4 и отрабатывает время, а счетчик 8 не увеличивает своего состояния, то на первом его выходе не появляется сигнал сброса таймера 7 и через установлен- ное время последний вырабатывает сигнал, по которому триггер 1 О устанавливается в нулевое состояние и на разрешающих входах дешифраторов 13 кодов управления. появляется логический 0На выходах дешифраторов 13 устанавливается код 111, по которому элементы 3 переходят на работу н мажоритарном режиме. Таким образом, предлагаемое устройство имеет повышенную надежность за счет восстановления мажоритарной конфигурации при восстановлении работоспособности ранее отказавших каналов особенно в условиях помех и сбоев информации.1174929 е,Составитель В.МаксТехрсд М. Пароцай орректор А.Обруч дактор Л,Гратилло Тираж 710 Государственного к елам иэобретений иМосква, Ж, Рау 5201/50В Подписноемитета СССР открытииская наб., д, 4 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4