Устройство для контроля резервированной системы

(57) Изобретениелительной техник ДЛЯ КОНТРОЛЯ РЕЗЕР относится к вычисго напряж установле кже нзави ия, выдачеиые моменты нием" сосед ь устройств ах функциозервированннезависимом тающ в н нормы сигнал времених к пользов алов, допус и может быть истве устройства дляния многоканальзервированной систения является повыпользовано в каче тимых во всех нирован вычисли селекти контроля и прерыв ной.мажоритарно-р оритарно-рей системы:мажоритарн м тельнвном ил е 1, Целью изобре:В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗО Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Харьковское научно-проиное объединение по системамзированного управления(56) Авторское свидетельствоВ 807293, кл. С 06 Р 9/46, 19Авторское свидетельство ССВ 962945, кл. С 06 Р 9/46, 19 ЯО 12560 шение достоверности функционированияустройства и расширения области егоприменения. Устройство для контролярезервированной системы содержитблок контроля временных интервалов,блок контроля питания, регистр задания режима, регистр диагностики, триггер прерывания, триггер отказа, мажоритарный элемент, мультиплексор, элементы И, ИЛИ, одновибратор. Данноеустройство позволяет формировать сигналы прерывания с учетом информациио прерываниях,а также состояния соседних каналов, обнаруживать и сохранять информацию об отказах соседнихканалов, вызванных отклонением от40 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь, зовано в качестве устройства для контроля и прерывания многоканальной мажоритарно-резервированной системы, 5Достоверность информации, т.е. ве"роятность истинности результата, выдаваемого с выхода известного устройства,определяется- отсутствием отказов в самом устройстве и может быть оценена 10по формуле0 = Р Р, (1)где Р, - вероятность отсутствия отказов в аппаратуре устройства,Р - вероятность того, что навход устройства поступаетвероятный сигнал запроса прерывания.В свою очередь величина Р зави 2сит от вероятности Р отсутствияаотказа из-эа отклонений от нормы напряжения питания, а также от вероятности Р отсутствия "зависания входного сигнала и вероятности Р отсутствия выдачи сигнала в неустановлен 25ный момент времени, поэтому значениеР может быть оценено по формуле(2)С учетом формулы (2) выражение (1)может быть преобразовано к следующему видуП - Р, Р Р Р . (3)Введение в выражение (2) сомножителя, определяемого надежностьюсистемы питания, обусловлено существенным влиянием на достоверностьфункционирования современных БИС иСВИС отклонений от заданных номиналов питающих напряжений.Кроме того, при отказе соседнихканалов сигналы прерывания могут формироваться в непредусмотренные моменты времени либо подаваться постоянно,начиная с некоторого момента времени,в одном иэ каналов, Это приводит к 45рассинхронизации работы каналов,и,как следствие, к выходу из строявсей мажоритарно-резервированной системы,. Цель изобретения - повышение достоверности функционирования устройства и расширения области его применения.Предлагаемое устройство позволяет: формировать сигналы прерыванияс учетом информации о прерываниях,а также состояния соседних каналов;обнаруживать и сохранять информацию об отказах соседних каналов, вызванных отклонением от нормы питающего напряжения, выдачей сигналов в неустановленные моменты времени, а так:- же зависанием соседнюс каналов, испольэовать устройство во всех допустимых режимах функционирования мажоритарно-резервированной вычислительной системы; независимом, селективном и мажоритарном,Введение блока контроля питания и обусловленных им связей позволяет исключить влияние на формирование сигналов в предлагаемом устройстве ложных сигналов прерывания от сосед- них каналов, выдаваемых иэ-за отклонения питающего напряжения.от нормы. Тем самым достигается повышение достоверности выдаваемой устройством информации.Введение триггера прерывания позво- ляет формировать сигнал подтверждения прерывания от данного устройства на входы соответствующего первого (второго) разрядов первой группы информационных входов соседних каналов, которые далее поступают на соответствующие входы мажоритарных элементов этих каналов. Это дает возможность формировать сигналы прерывания в каналах с учетом состояния соседних каналов.Введение мажоритарного элемента позволяет обеспечить функционирование устройства в составе мажоритарно-резерьированной системы и тем самымрасширить область его применения и повысить достоверность выдаваемой им информации.Введение мультиплексора обеспечивает возможность функционирования устройства на всех допустимых для мажоритарно-резервированной системы режимах: независимом, селективном и мажоритарном. Поскольку совокупность конструктивных признаков данного устройства обеспечивает исключение влияния на функционирование устройства факторов, определяемых выражением (1), то достоверность функционирования данного устройства можно считать равной(4)На фиг. 1-3 приведены функциональные схемы устройства, блока контроля временных интервалов и блока контроля питания соответственно, на фиг, 4временные диаграммы функционированиустройства,Устройство (фиг.1) содержит блок1 контроля временных интервалов, блок2 контроля питания, регистр 3 зада)ния режима, регистр 4 диагностики,триггер 5 прерывания, триггер 6 отказа, мажоритарный элемент 7, мультиплексор 8, первый 9,и второй 10 элементы И, первый 11 и второй 12 элементы ИЛИ, одновибратор 13, группу14 информационных входов, группу 15управляющих .входов, группу 16 информационных входов, второй 17 и первый18 управляющие выходы устройства, 5группу 19 информационных выходов устройства, выходы 20.1 и 20.2 ненормыблока 1, первый 21. 1 и второй 21.2выходы нормы блока 2, первый 22.1 ивторой 22.2 выходы ненормы блока 2, 20группу 23 выходов регистра 3.Блок 1 контроля временных интервалов (фиг.2) содержит первый 24 и второй 25 триггеры, первый 26 и второй27 элементы И и элемент ИЛИ 28. 25Блок 2 контроля питания (фиг.3)содержит первый 29 и второй 30 компараторы, первый 31 и второй 32 элементы НЕ.Устройство предназначено для ис- З 0пользования в качестве блока формирования сигналов прерывания и сигналов отказов соседних каналов в мажоритарно-резервированной многоканальной, например трехканальной вычисли- Зтельной системе, построенной на базеизвестного микропроцессора К 580 ИК 1или 1 ИТЕ. 8080. При этом предполагается использование предлагаемого устройства в каждом из каналов системы. 40Данное устройство, также как и мажоритарно-резервированная система в целом, может функционировать в трех режимах: режиме независимого функционирования, режиме селективного обращения, режиме трехканального мажорити-,рования.Мажоритарный режим предназначендля синхронной работы всех каналовс мажоритированием сигналов в каждом 50канале.Селективный режим предназначен дляработы вычислительной системы с внешними устройствами, не допускающимиаппаратного мажоритирования их информации, например АЦПУ, либо элементами, используемыми в системе вединственном экземпляре. В этом режиме организуется обмен информацией и сигналами, например прерываний или ответов устройств, между процессорами трех каналов и любым программно- доступным элементом заданного канала, При осуществлении взаимодействия с устройствами, не допускающими аппаратное мажоритирование принимаемых с них сигналов, либо при нецелесообразности последнего селективный режим позволяет организовать программное мажоритирование после последовательного опроса одноименных устройств, например регистров 4 диагностики, во всех каналах. Кроме того, селек" тивный режим позволяет повысить разрешающую способность системы контроля и диагностики каналов.Независимый режим работы предназначен для организации итеративной обработки или для распараллеливания обработки в каналах. В этом режиме предлагаемое устройство в каждом из каналов работает независимо от соседних каналов.В первых, двух режимах устройствообеспечивает обработку запросов прерываний в каждом канале синхроннотремя процессорами (элементами обработки).В независимом режиме работа каналов несинхронизирована. Каждое устройство обеспечивает обработку запроса прерывания только соответствующего канала, но при этом осуществляетконтроль правильности выдачи сигналов прерываний соседними каналамии формирование соответствующей диагностической информации,В каждом из предусмотренных режимов функционирования устройство обеспечивает защиту соответствующего канала от ошибочных сигналов прерывания,поступающих от соседних каналов,Кроме того, данное устройство может быть использовано для соответствующей обработки не сигналов прерывания, а например, сигналов ответа (окончания выполнения заданнойоперации) или других интерфейсныхсигналов внешних устройств микропроцессорной системы, что повышает достоверность функционирования каксобственно данного устройства, таки системы, в составе которой ономожет быть применено.В мажоритарном режиме устройствоформирует синхронный сигнал прерыва028 Ь 5 1256 ния на выходе 18 всех каналов, если запрос прерывания бып зафиксирован не менее, чем в двух других каналах, При этом во время приема сигналов запросов прерывания от соседних каналов осуществляется временная селекция сигналов блоком 1 и контроль питающих напряжений соседних каналов блоком 2. Причем, если уровень питающего напряжения ниже нормы, например 10 вместо 5 В снизился до 4,75 В или ниже, или сигнал запроса поступил в нерегламентированный момент времени, то запрос от соответствующего канала блокируется и на формирование сигна ла на выходе 18 данного канала не влияет.Одновременно в регистре 4 диагностики устанавливается код, соответствующий обнаруженному отказу. Кро ме того, при обнаружении отказа триггер 6 устанавливается в единицу и сигнал с его единичного выхода 19.1 может быть использован в качестве сигнала запроса прерывания в соответ ствующем канале.Для перехода устройства к функционированию в другом режиме в регистр 3 записывается соответствующий. управляющий код. 30В режиме селективного обращения к одному иэ каналов аналогично предыдущему случаю происходит контроль и фиксация аппаратурой контроля отказов соседних каналов. Однако формирование сигнала прерывания для данного канала происходит иначе. Предлагаемое устройство передает на свой соответствующий выход, соединенный с входом прерывания микропроцессора, 40 сигнал прерывания от того канала, к которому осуществляется обращение.Блок 1 контроля временных интервалов (фиг.2) предназначен для обнаружения выдачи сигналов запросов пре рывания от соседних каналов с входов 14.4 и 14,5 в непредусмотренное время, т,е. раньше выдачи сигнала синхронизации с входа 15,3 группы 15 входовФ устройства, который совпадает по фазе 5 О с синхросигиаломизвестного микропроцессора К 580 ИК 1.Синхросигнал на вход 15.1 блока 1 поступает ранее, чем выдается с входа 15.3 синхросигнал установки триггера 55 5. Поэтому, если сигнал запроса прерывания от соседних каналов с входов 14. 4 (или) 14.5 поступает ранее импульса с входа 15.3 либо выдаютсяпостоянно в связи с зависанием каналов, то тригге,ы 24 и (или) 25устанавливаются по синхросигналу свхода 15.1 в нулевое состояние и сиг.налами с единичных выходов блокируют прохождение сигналов запросовпрерываний через элементы И 26 и 27,а сигналы с единичных выходов 20.1 и20.2 осуществляют установку триггера6 и соответствующих разрядов регистра 4 диагностики.Блок 2 контроля питания предназначен для обнаружения отклонения отнормы питающих напряжений в соседнцхканалах, что приводит к выдаче ложныхсигналов прерывания от этих каналов.Он может быть выполнен на стандартных компараторах 29 и 30, напримермарки К 554 СА 2. Причем на вход 16.1(16.2) поступает напряжение питанияот первого (второго) соседнего канала, а на вход 15.4 - опорное напряжение. До тех пор, пока напряжениес входа 16.1 (16.2) больше, чем опорное, например 4.75 В, на выходе 21.1(21.2) присутствует единичный сигнал.При понижении напряжения с входов16.1 (или) 16.2 по сравнению с опорным сигналы с выходов 21,1 и 21.2снимаются и через элементы НЕ 31 и32 на выходах 21.1 и 22.2 выдаютсясигналы ненормы, которые записываются в регистр 4 аналогично описанному,Регистр 3 задания режима предназначен для задания режимов работыустройства, Нулевой сигнал с выхода23,1 первого разряда блокирует выдачу сигналов прерывания с соседнихканалов через элемент И 10, а такжеформирование сигнала отказа в данномканале через элемент И 9 по причинам, зависящим от соседних каналов.Кроме того, код с выходов 23 регистра 3 настраивает мультиплексор 8 напередачу на вход прерывания данногоустройства сигналов прерывания в заданных режимах.Регистр 4 диагностики предназначен для формирования кода состояниясоседних каналов. Содержимое регистра 4 через группу выходов 19 доступно процессору данного канала, который на основании анализа этой информации может осуществлять соответствующие действия по диагностированиюсистемы.Триггер 5 предназначен для формирования сигнала подтверждения прерывания на выходе 17 устройства,Триггер 6, предназначен для фиксации отказа в одном из соседних каналов. Его выходной сигнал 19.1 может использоваться как сигнал аварийного прерывания. Для идентификации причины неисправности и отказавшего канала процессор может селективно обратиться к регистрам 4 диагностики каждого канала и сравнить их содержимое между собой.Мажоритарный элемент 7 предназначен для формирования сигнала прерывания канала при наличии сигналов запроса не менее, чем от двух каналов.Мультиплексор 8 предназначен для выдачи на выходе 18 устройства сигнала прерывания в соответствии со следующей логической функцией:Х =г Х +г Х +2 Х +18 23 7 23 14.1 23 10,2 + 2 Х23 17где 2 (161,4) код с выходов 23регистра 3значения сигнаХ ,Х ,Х , Х141 фИ 2 лов с соответствующих входов7, 14.1, 14.2 и18 устройства,Одновибратор 13 предназначен дляформирования одиночного импульса попотенциальному сигналу, поступающему на вход 14.3 устройства, например с выхода подтвержения запросапрерывания блока приоритетного прерывания марки К 589 ИК 14 или 1 ИТЕЕ 82 14,вычислительной системы,Предлагаемое устройство работаетследующим образом.Для установки в исходное состояниеэлементов памяти устройства послевключения питания подаются сигналына входы 15.1, 15.2, 15.3 и 15.6,на других входах, кроме группы 16,входные сигналы отсутствуют. По этимсигналам в триггеры 5, 6, 24, 25 и врегистры 3 и 4 заносится нулевой код.После этого устройство готово кработе. Далее на группу входов 15.5поступаег код заданной конфигурации,который записывается в регистр 3 посигналу с входа 15.7. Если задаетсямажоритарный или селективный режим,то на выходе 23,1 присутствует единичный сигнал, по которому открываются элементы И 10 И 9. Кроме того, 5 1 О 15 20 вход триггера 6. Запись в триггер 5 происходит по импульсу с входа 15.3 который выдается во время второго машинного такта для микропроцессора типа К 580 ИК 1.25 30 35 40 45 50 55 с выходов 23 регистра 3 выдаетсякод Е з, по которому мультиплексор8 настраивается на передачу на выход18 устройства сигнала с выхода мажоритарного элемента 7,В мажоритарном режиме на входы14.1 и 14.2 поступают сигналы подтверждения прерывания с выходов 17 аналогичных устройств, установленных в соседних каналах устройства. Сигналподтверждения прерывания формируетсяустройством следующим образом.На вход 14.3 устройства поступает нотенциальный сигнал с выхода,например блока приоритетного прерывания вычислительной системы, Одновибратор 13 преобразует его в одиночный импульс, который через элемент ИЛИ 11 поступает на единичный При отсутствии сигнала на входе14.3 в нужный момент времени (при наличии синхросигнала на входе 15.3)триггер 5 может быть возбужден сигналами прерывания от оседних каналов,поступающими на входы 14.4 и 14.5.Один или оба из этих сигналов черезэлементы И 26 и 27, открытые потенциалами с единичных выходов триггеров 24 и 25, через элемент ИЛИ 28поступает на вход элемента 1 О и выполняет описанные выше действия. Приэтом предполагается, что на выходах21.1 и 21.2 блока 2 присутствуютсигналы нормы,После установки триггера 5 в единицу его выходной сигнал совместнос сигналами соседних каналов с входов 14.1 и 14,2 поступают на мажоритарный элемент 7, который срабатывает при наличии не менее двух изэтих сигналов и через мультиплексор8 возбуждает на выходе 18 сигналначала обработки прерывания в данномканале.По очередному синхроимпульсу свхода 15.2, соответствующему синхросигналу подтверждения прерывания длямикропроцессора К 580, триггер 5 устанавливается в нулевое состояние, снимая сигнал запроса с выходов 17 и 18.Рассмотрим работу устройства приотказе в одном из каналов системы.Если вследствие отказа соседний ка 125 б 028 10нал выдерет сигнал прерывания ранее такта Я (синхроимпульса с входа 15.5) или формирует его постоянно, например по входу 14.4, то по синхросигналу с входа 15,1 (Фиг4) триггер 24 уста навливается в единицу и сигналом с нулевого выхода блокирует прохождение ошибочного сигнала прерывания с входа 14.4.Ошибочный сигнал прерьвания данного канала будет аналогичным образом обнаружен и заблокирован соседними каналами.Если в одном из соседних каналов питающее напряжение снизилось по срав" 15 нению с опорным напряжением, то с вы хода 21.1 или 21.2 соответствующего компаратора снимается сигнал нормы, поскольку в реэультате этого соответствующий канал формирует недосто верные сигналы с высокой вероятностью. Нулевым сигналом с соответствукщего выхода 21.1 или 21.2 блокируется элемент И 26 или 27 блока 1 и тем самым запрещается прохождение сигнала прерывания от отказавшего канала. Кроме того, в обоих из рассмотренных случаев на соответствующих ЗО выходах ненормы 20.1, 20.2, 22,1, 22,2 Формируются сигналы, которые по очередному импульсу с входа 15.5 устройства производят запись кода отказа в регистр 4 диагностики, а такжеЗ 5 через элементы ИЛИ 12 и И 9 устанавливают триггер б отказа в единицу. Сигнал с выхода 19.1 этого триггера может являться, например, сигналом аварийного прерывания для организа ции реакции канала на отказ.В режиме независимой работы на выходе 25.1 сигнал отсутствует,а на управляющие входы мультиплексора 8 поступает код Е , по которому на 45хьюгвыход 18 передается сигнал прерывания только от своего канала, Поскольку в данном случае элементы И 10 и 9 закрыты, то сигнал прерывания в данном канале формируется без учета 50 соотйетствующих сигналов соседних каналов. Кроме того, сигнал аварийного прерывания на выходе 19. 1 устройства не формируется, Однако контроль состояния соседних каналов осуцествляется аналогично описанному с установкой кода отказа в программно-доступном регистре 4 диагностики. Устройство прекращает работу с прекращением подачи синхроимпульсов на соответствующие входы.Формула изобретенияУстройство для контроля резервированной системы, содержащее регистр диагностики, регистр задания режима, первый и второй элементы И, два элемента ИЛИ, причем вход сброса, вход синхронизации и 0-вход регистра задания режима соединены с соответствующими входами первой группы входов, устройства для контроля резервированной системы, первый вход второй группы входов которого соединен с входом синхронизации регистра диагностики, первый вход первого и второго элементов И подключен к выходу первого разряда регистра задания режима, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности информации и расширения области применения, в него введены блок контроля временных интервалов, блок контроля питания, одновибратор, триггер прерывания, мажоритарный элемент, мультиплексор и триггер отказа, С- вход которого соединен с синхронизирующим входом регистра диагностики и С-входом триггера прерывания, П-вход триггера отказа подключен к выходу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго эле мента ИЛИ, первые входы которого подключены к первым выходам блока контроля временных интервалов и первой группе информационных входов регистра диагностики, вторая группа входов которого соединена с вторыми входами второго элемента ИЛИ и первыми выходами блока контроля питания, вторые выходы которого подключены к первым 3выходам блока контроля временных интервалов, соединенного с вторым выходом первого элемента И, выход триггера прерьвания соединен с первым управляющим выходом устройства для контроля резервированной системы, с первым входом мажоритарного элемента и первым входом мультиплексора, управляющие входы которого подключены к выходам соответствующих разрядов регистра задания режима, вторые вхо 1256028 2ды мультиплексора соединены с вторымн входами мажоритарного элементаи первыми информационными входамиустройства для контроля резервированной системы, вторые информационные 5входы которого соединены с вторымивходами блока контроля временных интервалов, а третий вход через одновибратор подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, выход которогосоединен с Б-входом триггера прерывания, подключенного К-входом к второму входу второй группы входов устройства для контроля резервированной системы, третий вход которого соединен с третьим входом блока контроля временных интервалов, выходмажоритарного элемента подключен ктретьему входу мультиплексора, выходкоторого подключен к второму управляющему выходу устройства для контролярезервированной системы, второй информационный выход которого соединенс прямым выходом триггера отказа ивыходами регистра диагностики, а вторые информационные входы - с вторыми входами блока контроля питания,управляющий вход которого соединенс соответствующим входом первой группы входов устройства.МОЫЩ 7 ЮР актор С.Патр Составитель И.Швеца Техред Л.Сердюкова орректо Подписн та СССР Заказ 4824/48 Тираж 671 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра