Устройство для контроля цифровой вычислительной системы

(50 4 С 06 Р 1 Я ИДЕТЕЛЬСТ РСКОМ ето ской я про- бло- собой СССР 1983. Я ПИФРОВ 01яф а, блоки, регисчетций,2 табл,иийров ет быть х компигу ил. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ(57) Изобретение относится кМьчислительной технике и можиспользовано в вычислительнь 2лексах с повышенными требованиянадежности. 1 елью изобретения явся повьшение надежности системыкачестве примера рассмотрена цивычислительная система (ЦВС), втав которой включено устройствоконтроля. Система содержит блокцессоров 1, 2, блоки ОЗУ 3 и 4,ки ПЗУ 5 и 6, соединенные междумагистралью 7, устройство 8 вводвывода, устройство 9 для контролкоторое содержит блок 10 пуск11 управления реконфигурациямстры режима 12 й состояния 13чик 14 количества реконф расторожевой таймер 15. 5Изобретение относится к пифроной вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных комп - лексах с повышенными требованиями понадежности.Цель изобретения - повышение надежности системы.На Фиг. 1 приведена структурная схема вычислительной системы с уст - ройством для контроля; на Ьиг, 2 функциональная схема блока управления реконфигурациями, пример исполнения;.,/ на Фиг,3 - функциональная схема блока пуска, пример исполнения;на Фиг,4 - схема поиска работоспособной конфигурации; на фиг. 5 - один из вариантов распределения поля памяти.Вычислительная система с устрой - ством для контроля (фиг. 1) содержит блоки процессоров 1 и 2, блоки ОЗУ 3 и 4, блоки ПЗУ 5 и 6, соединенные между собой магистралью 7, устройство 8 ввода-вывода для сопряжения с внешними устройствами и устройство 9 для контроля цифровой вычислительнойсистемы (ЦВС).Устройство для контроля образуют блок 10 пуска, блок 11 управления реконфигурациями, регистры 12 и 13 режима и состояния соответственно, счет чик 14 количества реконфигураций и сторокевой таймер 15.Блок 11 управления реконфигурациями виг, 2) включает триггеры 16-18 ошибки, счетные тригэпы 19 и 20, ,цвенадцдть элементов И 21-32, элемент НЕ 33, семь элементов ИЛИ 34-40, управляющий вход 41 состояния системы, программно управляемый вход 42 реконфигураций, управляющий вход 43 ошибки инициализации системы, управляющий вход 44 ошибки функционирования системы, программно управляемый вход 45 сброса, управляющие входы 46 и 47 ошибки ОЗУ, управляющий выход 48 запуска блока 10 пуска, управляющие выходы 49-51 реконфигурации блоков ПЗУ 5 и б, процессоров 1 и 2, ОЗУ 3 и 4 и входы блокировки 52-54 реконфигурации блоков 1-6.Блок 10 пуска (фиг. 3) содержит формирователь 55 одиночного импульса, триггер 56 разрешения счета, счетчик 57, формирователь 58 задержки, элемент И 59, дна элемента ИЛ 1 60 и 61, управляющий вход 48 запуска, вход 62 блокировки запуска, управляющий вход 63 начального запуска, вход 64 такти рующих импульсов, программно управляющий вход 65 сброса запуска и выходбб запуска одного из процессоров 1и 2,Информационно -уп равляющие входывыходы 67 регистра 12 режима подключены к магистрали 7, а выходы 52-54и 62 подключены к входам блокировок1 О . блока 11 управления реконфигурациями 15 20 253035 40 45 50 55 и блока 10 пуска. Управляющие входы и выходы 63, 65 и 66 блока0 пуска соединены с магистралью 7, а вход 48 и выходы 41 и 43 - с блоком 11 управления реконфигура виями, Управляющие входы 46 и 47 блока 11 управления реконфигурациями соединень с соответствующими выходами встроенных схем контроля блоков ОЗУ 3 и 4, вход 44 ошибки функционирования соединен со сторожевым таймером 15, который имеет управляющий вход 45 сброса, выходы 49-51 нд реконфигурацию системы подключены к соответствующим входам регистра 13 состояния и счетчика 14 количества реконфигураций, который имеет выход 68 отказд системы. Управляющие выходы 69-74 регистра 3 состояния подключены к соответствующим управляющим нходдм блоков процессоров 1 и 2, ОЗУ 3 и 4 и ПЗУ 5 и б, Информдционно-управляющие входы-выходы 75 подключены к магистрали 7 сис-темы.Показанная на фиг, 1 система имеет на аппаратном уровне восемь работоспособных состоянп (1 иг, 4), отличающихся расположением н адресном пространстве блоков ОЗУ 3 и 4 и ПЗУ 5 и б 1 циг. 5), а также использованием одного из двух процессоров и 2. Включение резервного процессора 2 и перемещение в адресном пространстве блоков ОЗУ 3 и 4 и ПЗУ 5 и б осуществляется в процессе поиска работоспо - собной конфигурации аппаратных средств с последующей реинициализацией системы блока 10 пуска. Так, в случае обнаружения ошибки при контроле аппаратными средствами по сигналам 44, 46 (ошибка ОЗУ 4), 47 (ошибка ОЗУ 3) ипи программными средстваЪми по сигналу 42 (управление реконфигурациями) блок 11 формирует сигнал 48, по которому блок 1 О формирует сигнал бб захвата магистрали. При этом прекращается выполнение текущей программы и оба процессора 1 и 2 отключаются от магистрали. Блок 11 на15292 основании полученных сигналов обошибках с учетом текущего состояниясистемы и количества предыдущих состояний формирует сигналы 49 (реконфигурадия ПЗУ), 50 (реконфигурация про 5дессоров), 51 (реконфигурация .ОЗУ),фиксирующиеся в регистре 13 состояния,где они преобразуются в сигналы 69(выбор процессора 1), 70 (выбор процессора 2), 71 (выбор ОЗУ 3), 72 (выбор ОЗУ 4), 73 (выбор ПЗУ 5), 74 (выбор ПЗУ 6), которые управляют реконфигурациями ЩВС,При ошибке функдионирования основного процессора происходит захватмагистрали блоком 10, реконФигурацияпроцессоров по сигналам 69 и 70, азатем снятие захвата магистрали, чтоприводит соответственно к запуску 20процессора, выбранного основным.Блок. 11 управления реконфигурациями обнаруживает ошибки в функционировании программ ПЗУ совместно с ап-,паратными средствами контроля (счетчик 57, формирователь 58 схемы 10) ипрограммными средствами контроля.Процедура обнаружения ошибки вфункционировании программы в ПЗУ осуществляется следующим образом. 30При правильном функционированииЦВС после выполнения программы загрузки из ПЗУ в ОЗУ осуществляетсяОпрограммный контроль, в результатечего формируется программируемый сиг.нал 65Сброс ), который сбрасывает35счетчик 57. В дальнейшем управлениефунк цио ниро в ание м 1 фС пе редае тс япрограмме, расположенной в ОЗУ,При неправильном функционировании 40ЦВС сигнал 65 ("Сброс"1 не вырабатывается и счетчик 57 через формирова-.тель 58 задержки формирует сигнал 43,по которому блок 11 формирует сигнал.49, а регистр 13 - сигналы 73 и 74,что обеспечивает переключение ПЗУ.При ошибках в ячейках ПЗУ, невлияющих на выполнение программыфункционирования, подпрограмма контроля сама принимает решение о реконфигурации и формирует программируемыйсигнал 42, который через блок 11 вызывает реконфигурацию ПЗУ,Перемещение блоков ПЗУ 5 и 6 и блоков ОЗУ 3 и 4 соответственно сигналам73 и 74, 71 и 72 осуществляетсяпутем изменения адресных коэффициентов на входе селектора адреса в каж- .дом блоке ОЗУ,42 6Реинициализация повторная инициализация) ЦВС осуществляется всякий раз после реконфигурации в результате зафиксированной ошибки функционирования. Под инициалиэадией системы подразумевается установка в исходное состояние функциональных узлов процессоров 1 и 2 и запуск выполнения программы с начальной точки,Блок 10 пуска на время реконйигурации системы сигналом 66 захватывает магистраль и устанавливает я в исходное состояние функциональные узлыпроцессоров 1 и 2. После завершенияреконфигура дни системы снимается с игнад 66 захвата и осуществляется запуск выполнения программы из ПЗУ дляочередной, работоспособной конфигурации 11 ВС,алгоритм работы системы сводитсяк нескольким процедурам: обнаруженияотказа, оценки повреждения, вызванного отказом, устранения влияния отказавшего устройства и восстановленияутраченной информации.Эти процедуры реализованы на базепрограммных и аппаратных средствконтроля. Рассмотрим реализацию каждой из четырех указанных продедурна определенной группе диагностируемых функциональных узлов.Пара функциональных узлов основнойпроцессор - ОЗУ соответствует режимуработы ЦВС по программе функциониро -вания из ОЗУ,Процедура "Обнаружение отказа"осуществляется путем прерывания программы по временным отсчетам по сигна -лу 44 и выполнения подпрограммы контроля.При отсутствии ошибок формируетсяпрограммируемый сигнал 45 сброса сторожевого таймера 15 и блока 11 управления реконфигурациями, При наличииошибок, не влияющих на выполнениеподпрограммы контроля, формируетсяпрограммируемый сигнал 42.При наличии ошибок, исключающихвыполнение программ, не форМируетсясигнал 45 и сторожевой таймер 15 формирует следующий временной отсчет, покоторому блок 11 фиксирует ошибку.Процедура Диагностирование отказавшего устройства реализована впредположении, что в паре взаимодействующих узлов продессор - ОЗУ болеевероятной является ошибка процессора.Поэтому вначале происходит реконфигу 1529242ация процессора, а затем при повтонии - реконфигурация ОЗУ,11Процедура Опенка повреждения,вызванного отказом", реализована вредположении, что обнаруженный от 5аз исключает продолжение работы ПВСтребуется реинициализация для новойаботоспособной конфигурации,10Процедура "Устранение влияния от - азавшего устройства и восстановление траченной информации происходит ледующим образом.По сигналу 42 блок 11 Формирует игнал 48, по которому блок 10 выдает игнал бб захвата магистрали и установки функциональных узлов процессоров 1 и 2 в исходное состояние, Одновременно по сигналу 42 блок 11 Формирует сигналы 50 и 51 на реконфигурацию соответственно процессоров и ОЗУ. Сигнал 41 указывает на работу пары Функциональных узлов процессор ОЗУ, поэтому необходимые реконфигура ции происходят только с процессорами или ОЗУ. Сигналы 50 и 51 фиксируются в регистре 13 состояния и преобразу - ются в сигналы 69 - 72, После выполнения реконфигураций по временному отсчету от сторожевого таймера 15 по сигналу 64 снимается сигнал бб захвата и осуществляется запуск процессо -ра.По сигналу 4-" при отсутствии сиг 35нала 45 сброса сторо,;"ного таймер 15и блока 11 формирование сигналов назахват магистрали, реконфигурапю,4реинициалиэацию и запуск выполняетсяанало г ично .40Пара функциональных узлов пропес -, со р - ПЗУ соответствует режиму рабов, ты БВС по программе загрузки иэ ПЗУв ОЗУ,Процедура Обнаружение отказа"осуществляется путем формированияпри отсутствии ошибок) в конце выполнения программы загрузки программируемого сигнала 65 сброса счетчика57 инициализации, При наличии ошибок,50не влияющих на выполнение программызагрузки, формируется программируемыйсигнал 42. При наличии ошибок, исключающих выполнение программы загруэки, не формируется сигнал 65 сбросаи счетчик 57 инициализации через Фор 55, мирователь 58 задержки вырабатываетсигнал 43 ошибки инициализации, покоторому блок 11 фиксирует ошибку. ПроцедураДиагностирование отка иэавшего устройства реализована впредположении, что в паре функциональных узлов процессор - ПЗУ при наличии сигнала 43. более вероятной является ошибка ПЗУ, а при Формировании сигнала 42 более вероятной - ошиб.ка процессора. Поэтому в одном случаевначале происходит реконфигурацияПЗУ, а затем при повторении - реконФигурация процессоров, для другогослучая - вначале реконфигурация процессоров, затем - реконфигурация ПЗУ.Процедура Оценка повреждения,вызванного отказом реализована впредположении, что обнаруженный отказ исключает продолжение работы ЦВСи требуется реинициализация для новойработоспособной конфигурации.Процедура "Устранение влияния отказавшего устройства и восстановлениеутраченной информации" происходитследующим образом,По сигналу 42 блок 11 формируетсигнал 48, по которому блок 10 Формирует сигнал 66 захвата магистрали иустановки в исходное состояние Функциональных узлов процессоров 1 и 2.Одновременно по сигналу 42 блок 11Формирует сигналы 49 и 50 на реконФигурацию соответственно ПЗУ и процессоров . Сигнал 41 указывает на работу функциональных узлов процессор -ПЗУ, поэтому необходимые реконфигурации проходят только с процессорамиили ПЗУ,Сигналы 49 и 50 фиксируются, в регистре 13 состояния и преобразуютсяв сигналы 69, 70, 73 и 74. После выполнения реконфигураций по временному отсчету от сторожевого таймера 15по сигналу 64 снимается сигнал 66захвата и осуществляется запуск процессора.При формировании сигнала 43 захват магистрали, реконфигурация, ре -инициализация и запуск выполняютсяаналогично, за исключением того, чтопервыми реконфигурируются блоки ПЗУ,а затем процессоры.Функ пион аль н ый уз ел ОЗУ .Процедура пОбнаружение отказа" осуществляется встроенной схемой контроля в каждом блоке ОЗУ.При считывании информации из ОЗУ 3 или 4 при наличии ошибок формируется соответственно сигнал 47 или 46.35 40 50 55 Процедура Диагностирование отка завшего устройства реализована на аппаратном уровне и выполняется одновременно с функционированием программ.ПроцедураОценка повреждения, вызванного отказомреализована в . предположении, что обнаруженный отказ исключает продолжение работы ПВС и требуется реинициализация для новой работоспособной конфигурации.Процедура "Устранение влияния отказавшего устройства и восстановление утраченной информации происходит следующим образом.По сигналу, 46 или 47 блок 11 формирует сигнал 48, по которомублок 10 формирует сигнал 66 захвата магистрали и установки в исходное состояние функциональных узлов процессоров 1 и 2.Одновременно по сигналу 46 или 47 блок 11 формирует сигнал 51 на реконфигурацию ОЗУ, который фиксируется в регистре 13 состояния и преобразуется в сигналы 71 и 72. После выполнения реконфигураций по временному отсчету от сторожевого таймера 15 по сигналу 64 снимается сигнал 66 захвата и осуществляется запуск процессора.Тестовое диагностирование представляет собой автоматизированный контроль функциональных узлов и локализацию дефектов с помощью тест-программ, которые могут располагаться как в самой ПРС, так и в специальной тех - нологической контрольно-проверочной аппаратуре.Для тестового диагностирования ЦВС, обладающей свойством отказа устойчивости, т.е. маскирующей" свои ошибки, необходимо иметь возможность управлять состояниями системы и контролировать их. С этой целью в устройство 9 управления введены программно- доступные регистры 12 и 13 режима и состояния. При проверке отдельных функциональных узлов в регистре 12 режима должен устанавливаться код всоответствии с табл, 1, блокирующий или разрешающий возможные реконфигурации или реиниииализацию системы. Это дает возможность проверить в составе ПВС отдельные, узлы и локализовать дефекты с высокой точностью на этапах настройки и изготовления, а на этапе эксплуатации более точно 5 10 15 25 30 устранить отказ, что в результате по -вышает надежность и ресурс ПВС, Приэтом состояние 1 рС Фиксируется в регистре 3 состояния, формат которогоприведен в табл, 2, Содержимое ре -гистра 13 состояния анализируетсяосновным процессором или внешним активным устройством через магистраль.П р и м е р. При считьвании информации из ОЗУ 3, в котором существуетотказ авшая яч ей к а и ам яти, фо рмируетс ясигнал 47, что вызьвает взаимное перемещение блоков ОЗУ 3 и 4. Это "маскирует ошибку, которую невозможнообнаружить и локализовать. В такойситуации, если в регистр 12 режима вразряд 1 табл, 1) записать кол "1",который формирует сигнал 54 блокиров-.ки реконфигурации блоков ОЗУ, тоблок 11 не установит сигнал 51 на реконфигурацию и тестирование блоковОЗУ 3 и 4 выполнится в одном объемеи с большей глубиной поиска дефектов,При выполнении тестового диагностирования по другим устройствам ЦВС врегистр 12 режима записьваются кодыв соответствии с табл, 1, которыеформируют сигналы 52-54 и 62 блокировок. В зависимости от выполняемойтестовой проверки могут формироваться как отдельные сигналы блокировок,так и группа таких сигналов,Формула изобретения Устройство для контроля цифровой вычислительной системы, содержащее блок пуска, сторожевой таймер и счетчик, причем выход сигнала запуска блока пуска является одноименным выходом устройства, входы начального пуска и блокировки начального пуска которого соединены с одноименными входами блока пуска, тактовый вход которого соединен с одноименным выходом сторожевого таймера, вход сброса которого соединен с входом сброса в ч 0" счетчика и является входом сброса устройства, выход переполнения счетчика является выходом сигнала Отказ системы" устройства, о т л ич аюшее с я тем, что, с целью повышения надежности системы, в устройство введены регистр режима, регистр состояния и блок управления реконфигурациями, причем инФормацион ;но-управляющие входы-выходы устройства соединены с одноименными входами12 1529242 выходами регистра режима и регистра состояния, выходы с первого по шестой сигналов управления регистра состояния являются соответствующими управляющими выходами устройства для выбора функциональных узлов, вход сброса которого соединен с входами установки в О регистра режима и регистра сос 1тояния, с первого по третий информа,ционные входы которого соединены соответственно с выходами сигналов ре,конфигурации функциональных узлов блока управления реконфигурациями и с входами суммирования соответственно с первого по третий счетчика, выход сигнала запуска блока управления реконфигурациями соединен с одноименным входом блока пуска, выходы управляющих сигналов ошибки инициализации и состояния системы которого соедине.ны соответственно с одноименными вхо,цами блока управления реконфигурация 1 ми, входы с первого по третий блоки ровок реконфигурации функциональных узлов которого соответственно соединены с одноименными выходами регистра режима, выход блокировки сигнала запуска которого соединен с одноименным входом схемы пуска, управляющий вход реконфигураций и первый и второй входы ошйбок устройства соединены соответственно с одноименными входами блока управления реконфигурапиями, уп равляющий вход ошиб ки функ цион ирования системы которого соединен с выходом сигнала управления сторожевого таймера иявляется выходом сигнала ошибки функционирования устройства. Табл ипа Назначение О О РазрешениепроцессоровБлокировкап,роцессоровРазрешениеОЗУ 3 и 4БлокировкаОЗУ Э и 4РазрешениеПЗУ 5 и бБлокировкаПЗУ 5 и бРазрешениеБлокировка О О Т а б л и и а 2 Назначение п ро цесо рапроцессора 2ОЗУ 3ОЗУПЗУ 5ПЗУ б О О 1 О 1 О 1 Основной Основной Основной Основной Основной Основной блок блок блок блок блок блок Разряды ре- Значение гистра ре- разряда жима Разряды ре- Значение гистра разряда состояния реконфигурации блоков1 и 2реконфигурации блоков1 и 2реконфигурапии блоков реконфигурапии блоков реконйигурапии блоков реконфигурапии блоков реинипиализапии системы реинициализапии системы1529242 Ра 3 отасаосоБод еониг 9 ра. У 77 УУЕ оз,ип Р 777 7 Юу УГЮ 1 бф фв Ю У 777 Б УРРАА Р/7776 р юга,Составитель А.11 вановРедактор А,Огар Техред Л, Сердюкова тор Э,Лончакова Заказ 7643/45 Тираж 668 Подп исВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж, Раушская н Оеи открытиям при ГКНТ СССРб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, улГагарина, 101