Резервированная система

Ы 2, 1718399 А ЮЗ СОВЕТСКИХЦИАЛИСТИЧЕСКИСПУ БЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИЗОБРЕТЕЕТЕЛЬСТВУ Я / ИСАН(56) Авторское свидетельство СССРФ 1584137, кл, Н 05 К 10/00, 0 06 Р 11 г 18,1988.(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, может быть использовано. при проектировании вычислительных систем и устройств повышенной. надежности, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей системы за счет обеспечения режима поканального обмена. Система содержит восстанавливающий орган 2, а в каждом канале резервирования резервируемое вычислительное устройство 1, блок 3 контроля и управления, дешифратор 8, регистр 9, мультиплексор 10, элемент И 16 и элемент ИЛИ 17. бил,О К АВТОРСКОМУ С 05 К 10/00 . 6 06 Р 11/15 10 20 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, может быть использовано при проектировании вычислительных систем и устройств повышенной надежности,Резервированная система по авт,св. М 1584137 содержит восстанавливающий орган, а в каждом канале резервирования резервируемое вычислительное устройство, причем информационный выход вычислительного устройства каждого канала соединен с соответствующим информационным входом восстанавливающего органа, выход которого соединен с информационным входом вычислительного устройства, каждый канал резервирования содержит также блок контроля и управления, дешифратор, регистр и мультиплексор, причем в каждом канале резервирования входы дешифратора, информационные входы регистра и адресные входы мультиплексора подключены к соответствующим выходам восстанавливающего органа, выходы регистра подключены к информационным входам мультиплексора, выход которого соединен с соответствующим управляющим входом восстанавливающего органа, в каждом канале резервирования вход стробирования регистра подключен к первому выходу дешифратора, информационный выход резервируемого вычислительного устройства подключен к первому входу блока контроля и управления, к второму входу которого подключен выход восстанавливающего органа, в каждом канале резервирования входы прерывания резервируемых вычислительных устройств соединены с выходом прерывания блока контроля и управления, информационный выход блока контроля и управления каждого резервируемого канала соединен с входами коррекции блоков контроля и управления остальных резервируемых каналов,Восстанавливающий орган выполнен многоразрядным по разрядности информационных входов, в каждом разряде восстанавливающий орган содержит мажоритарный элемент и по количеству каналов резервирования элементы неравнозначности, причем информационные входы восстанавливающего органа Подключены к входам мажоритарного элемента и первым входом соответствующего элемента неравнозначности, а управляющие входы подключены к вторым входам соответствующих элементов неравнозначности, выходы которых соединены с входами мажоритарного элемента, выход которого является выходом соответствующего разряда восстанавливающего органа. Недостатком известной системы является ограничение ее функциональных возможностей в связи со сложностью реализации обмена информацией трехканальной структуры с одноканальными (не- резервированными) устройствами.Необходимость организации такого обмена возникает практически во всех высоконадежных резервированных системах контроля и управления в процессе отладкипрограммного обеспечения, настроечных, подготовительных и регламентных работ. При таких работах к трехканальной системе могут быть подключены нерезервированные устройства документирования и отображения информации, средства отладки программ и т,д. Обеспечение данного режима в системах с мажоритарным резервированием требует ввода информации от одноканального устройства в три канала,что вызывает большие дополнительные затраты аппаратуры на коммутацию соответствующих сигналов.В известной системе обращение к устройствам ввода-вывода организовано намагистральном принципе (по адресу), При этом ввод данных от одного нерезервированного устройства в три канала требует значительного увеличения оборудования, что может оказаться неприемлемым. Например, если адресация к устройствам ввода-вывода осуществляется через и-разрядную шину, то количество информационных входов мультиплексора, управляющего режимом работы восстанавливающего органа, увеличивается на 2 п разрядов (для 8 разрядов адреса 256 входов мультиплексора), Реализация такой схемы на стандартных микросхемах возможна только при их каскадном соединении, что значительно увеличивает объем аппаратуры и снижает быстродействие,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей системы путем обеспечения режима поканального обмена,Поставленная цель достигается тем, что в резервированную систему, содержащую восстанавливающий орган, а в каждом канале резервирования резервируемое вычислительное устройство, причем информационный выход вычислительного устройства каждого канала соединен с соответствующим информационным входом восстанавливающего органа, выход которого соединен с информационным входом вычислительного устройства, содержащуютакже блок контроля и управления, дешифратор, регистр и мультиплексор. причем в каждом канале резервирования входы дешифратора. информационные входы реги20 30 35 40 45 50 стра и адресные входы мультиплексора подключены к соответствующим выходам восстанавливающего органа, выходы регистра подключены к информационным входам мультиплексора, выход которого соединен с 5 соответствующим управляющим входом восстанавливающего органа, в каждом канале резервирования вход стробирования регистра подключен к первому выходу дешифратора, информационный выход резер- . 10 вируемого вычислительного устройства подключен к первому входу блока контроля и управления, к второму входу которого подключен выход восстанавливающего оргайа, в каждом канале резервирования входы 15 прерывания резервируемых вычислитель. ных устройств соединены с выходом прерывания блока контроля и управления, информационный выход блока контроля и управления каждого резервируемого канала соединен с входами коррекции блоков контроля и управления остальных резервируемых каналов, восстанавливающий орган выполнен многоразрядным по разрядности информационных входов, в каждом разряде восстанавливающий орган содержит мажоритарный элемент и по количеству каналов резервирования элементы неравнозначности, причем информационные входы восстанавливающего органа подключены ко входам мажоритарного элемента и первым входам соответствующего элемента неравнозначности, а управляющие входы подключены к вторым входам соответствующих элементов неравнозначности, выходы которых соединены с входами мажоритарного элемента, выход которого является выходбм соответствующего разряда восстанавливающего органа, введены в каждый канал резервирования элементы И и ИЛИ, выход . элемента ИЛИ подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с соответствующим выходом восстанавливающего органа, а выход- с входом стробирования мультиплексора, причем первый вход элемента ИЛИ первого канала подключен к второму входу элемента ИЛИ второго канала и выходу блокировки третьего канала. второй вход элемента ИЛИ первого каналаподключен к первому входу элемента ИЛИ третьего канала и выходу блокировки второго канала, первый вход элемента ИЛИ второго канала подключен к второму входу элемента ИЛИ третьего канала и выходу блокировки первого канала На фиг. 1 показана функциональная схемарезервированной системы: на фиг, 2 -вариант подключения информационных входов мультиплексора к выходу регистра; на фиг, 3- вариант реализации блока контроля и управления; на фиг, 4 - схема микропроцессорного модуля; на фиг. 5 - схемамодуля ввода-вывода; на фиг, 6 - схема восстанавливающего органа.Система содержит (фиг. 1) резервируе- .мые вычислительные устройства 1, восстанавливающий орган 2, блоки 3 контроля иуправления, выходы 4 прерывания, микропроцессорный модуль 5, модуль 6 памяти.модуль 7 ввода-вывода, дешифратор 8. регистр 9 (номера участка резервирования),мультиплексор 10, входную шину 11, выходную шину 12, вход 13 прерывания, двунаправленную шину 14 устройства 1, выходы 15дешифраторов, элемент И 16, элемент ИЛИ17 и выход 18 блокировки,На фиг. 2 обозначены инверторы 19 и 21и дешиФратор 20,Блок 3 контроля и управления (фиг.3)состоит из инверторов 22 - 49, элементов 5077 неравнозначности, 8-входовых элементов И-НЕ 78-81, элементов ИЛИ 82 и И-НЕ83, триггера 84, элемента 85 с открытымколлекгором, формирователя 86, инвертора87, дешифратора 88 и регистра 89,Микропроцессорный модуль 5 (фиг. 4)содержит инверторы 90 и 91, микропроцессор 92, элементы И 93-97,шинный формирователь 98 и регистр 99.Модуль 7 ввода-вывода.(фиг. 5) состоитиэ шинных формирователей 100. 101 и 103,дешифратора 102, инверторов 104, 105 и107 и параллельного программируемого интерфейса 106,На фиг. 6 показан восстанавливающийорган 2 на один разряд, выполненный наэлементах 108-110 неравнозначности и мажоритарных элементах 111.Система работает следующим образом.В устройствах 1 три микропроцессорных модуля 5 работают синхронно по одинаковым программам, хранимым в модулях 6памяти, Обмен информацией устройств 1 спериферийными производится через модули 7 ввода-вывода по двунаправленным шинам 14, Выходные шины 12,предназначенные для передачи адреса,данных и управляющих сигналов, представляют собой совокупность линий связи, идущих от микропроцессорных модулей 5 черезвосстанавливающий орган 2 и входные шины 11 к модулям памяти 6 и ввода-вывода 7,и наоборот, от.модулей памяти 6 и ввода-вывода 7 к микропроцессорным модулям 5.Система продолжаетправильно функционировать при отказе любого.иэ резервируемыхкомпонентов,При обнаружении отказа конкретногомодуля или участка резервирования в системе имеется воэможность переключения вос510 15 20 25 30 35 40 50 станавливающего органа в режим работы отОдного из двух оставшихся исправными модулей данного типа,Восстанавливающий орган выполняетмажоритарную функцию выбора "два изтрех" надвходными сигналами. По управляющим сигналам он транслирует информа-.:цию от одного из двух исправных каналовна.свой выход.В исходном режиме регистры 9 (фиг. 1 и2) установлены е нулевое состояние, Приработе системы, в случае отсутствия записив регистры 9, на выходах мультиплексоров10 присутствуют также нулевые сигналы,Восстанавливающий орган 2 при этом выполняет мажоритарную функцию,Переключение восстанавливающего органа в режим работы от одного исправногоканала осуществляется подачей на соответствующие входы единичных управляющихсигналов от мультиплексоров 10. Если обнаружен отказ в первом канале, то единичныесигналы должны подаваться от мультиплексоров первого и второго(или третьего) кана. лов,. при отказе во втором канале - отмультиплексоров второго и третьего (илипервого) каналов, в третьем канале - от первого и третьего (или второго) каналов.При обнаружении отказа в регистры 9записывается информация, соответствующая номеру отказавшего участка резервирования, Если необходимо отключитьотказавший участок, например, в первом канале, то производится запись в регистры техканалов, с выходов мультиплексоров которых должны подаваться единичные управляющие сигналы для переключениявосстанавливающего органа.Избирательная запись в регистры 9 отобщего выхода восстанавливающего органа2 осуществляется соответствующим подключением выходов дешифраторов 8 к управляющим входам регистров. На фиг. 2показано подключение выхода 1 дешифратора 20 к управляющему входу регистра 9для. первого канала, Для второго канала куправляющему входу регистра 9 долженбыть подключен выход 2 дешифратора 20,для третьего канала - выход 3.Выработка управляющих сигналов дляпереключения восстанавливающего органапроизводится следующим образом.Если необходимо отключить неисправный.микропроцессорный модуль в разряд:О 4 регистра 9 соответствующих каналов записывается логическая единица. При последующем обращении микропроцессорногомодуля 5 к шинам по командам "Запись" или"Вывод" на выходах мультиплексоров 10 соответствующих каналов формируется сигнал логической единицы, который отключает шины данных(адреса) на время указанного обращения.По команде "Ввод" мультиплексор 10 коммутирует на свой выход сигнал от разряда 03, Если в этот разряд записана логическая единица, то обеспечивается отключение шин данных от соответствующего модуля ввода-вывода,По команде "Чтение" состояние выхода мультиплексора 10 определяется сигналами на адресном входе АО и информационных входах 00, 01, Сигналы "Ввод", "Вывод", "Запись" при этой команде отсутствуют. Записью необходимой информации в разряды 00, О 1 регистра 9 обеспечивается возможность отключения области памяти по адресу А 15,Выработка единичных выходных сигналов от соответствующих мультиплексоров 10 при работе с нерезервированными устройствами ввода-вывода осуществляется при подаче на вход стробирования ("стр") мультиплексора 10 сигнала логической единицы (так как выходы мультиплексоров инверсные),Если нерезервированное устройство ввода-вывода установлено в первый канал, то при обращении к нему по соответствующему адресу модуль 7 ввода-вывода первого канала формирует единичный сигнал, поступающий через выход 18 блокировки, элементы ИЛИ 17 второго и третьего каналов на соответствующие входы элементов И 16, По управляющему сигналу "Ввод" на входе "стр" мультиплексоров 10 с выходов элементов И 16 второго и третьего каналов появляются единичные сигналы для переключения восстанавливающего органа 2,Аналогично для нерезервированных устройств ввода-вывода. установленных в других каналах, формируются по сигналам с соответствующих выходов 18 блокировки единичные уровни на выходах мультиплексоров 10,Определение отказавшего участка резервирования осуществляется следующим образом.В блоках 3 контроля и управления (фиг, 3) в случае отсутствия неисправностей триггер 84 установлен в исходное состояние, а на элементах 22-83 осуществляется поразрядное сравнение информации на выходе восстанавливающего органа 2 с информацией на шинах 12, Рассогласование сигналов запоминается на триггере 84, сигнал с выхода которого через инверторы 85 поступает на входы формирователей 86, вырабатывающих импульс записи в регистры 89,Тем самым в регистрах 89 запоминается ин51015 20 30 органа единичных логических уровней или повторяют информацию при нулевых сигналах на управляющих входах. 35 40 45 50 формация. характеризующая номер отказавшего канала и состояние мажоритарныхшин, например управляющих сигналов("Запись", "Чтение", "Ввод", "Вывод" ), данных(00 - О 7), адреса (АО - А 15), признака рассогласования в шинах данных (с элемента 81).Сигнал с обьединенных выходов элементов НЕ 85 поступает также на входыпрерывания микропроцессорных модулей5. Получив этот сигнал, вычислительное устройство опрашивает регистр 89 через восстанавливающий орган 2 и обрабатываетполученную информацию. Разрядность регистров 89 зависит от необходимой глубиныдиагностики неисправности. На фиг, 3 поМазан регистр 89 на 8 разрядах. Назначениеуправляющих сигналов, поступающих,навходы регистров, следующее: "Запись" - запись данных 00-07 по адресу АО - А 15.измикропроцессорных модулей в модули памяти: "Ввод" - ввод данных из модулей ввода-вывода в микропроцессорные модули:. "Вывод" - вывод данных из микропроцессорных модулей в модули ввода-вйвода, Запись в разряды 00-02 регистра кода 001 2соответствует отказу третьего канала, 100 первого канала, 010 - второго канала. Поразрядам 03-Р 6 определяется тип отказавшего модуля, например код 1000 соответствует отказу модуля памяти, 1 - указывает нарассогласование в шинах данных. а ООО- наналичие при этом сигнала "Чтение" памяти,По разряду 07 определяется номер неисп-.. равного накопителя, памяти. При увеличении разрядности регистра 89 глубинадиагностирования также увеличивается,- Микропроцессор 92 (фиг, 4) имеет двунаправленную магистраль данных ОО-Ь 7,которая преобразуется в однонаправленную по сигналу "Прием", Регистр 99 предназначен для запоминания состоянмя,определяющего тип выполняемой микропроцессором 92 команды. Запись состояния производится по сигналу с элемента И93, По состоянию регистра 99 и сигналамотмикропроцессора 92 на элементах И 94-97формируются управляющие сигналы "Запись", "Чтение", "Ввод" и "Вывод".Основным элементом модуля ввода-вывода(фиг, 5) представлен программируемыйпараллельный интерфейс 106 с тремя портами А, 8, С по адресам АО-А 1,Нерезервированные устройства ввода- вывода могут подключаться к соответствующим шинам адреса, данных и управления в каждом канале через шинные формирователи 100, 101 и 103 и элементы 104 и 105. Дешифратор 102 вырабатывает сигналы выбора элементов 106, работающих в.трех каналах синхронно с резервированными устройствами ввода-вывода через шины 14 и сигналы блокировок (выход 18) при обращении вычислительных устройств 1 по адресам, соответствующим нерезервированным устройствам ввода-вывода.Если нерезервированные устройства ввода-вывода устанавливаются в каждом канале, то их адреса должны быть разными. При выводе данные поступают в три канала одновременно, но реагирует на эти данные только устройство с соответствующим.адресом. При вводе формирование единичного сигнала на выходе 18 обеспечивает соответствующее переключение восстанавливающего органа 2.Элемент 111 (фиг. 6) выполняет мажоритарную функцию выбора "четыре из шести" над выходными сигналами. Элементы 108- 110 неравноэначности инвертируют входную информацию при поступлении на управляющие входы восстанавливающего Формул а изобретен и я Резервированная система по авт.св. М 1584137, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей системы путем обеспечения режима поканального обмена, в каждый канал резервирования введены элемент И и элемент ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к соответствующему разряду выхода восстанавливающего органа, а выход - к входу строба мультиплексора своего канала резервирования, причем соответствующие входы элемента ИЛИ каждого канала резервирования соединены с выходами блокировки резервируемых вычислительных устройств остальных каналов резервирования устройства.