14.2. ОБЩИЕ МЕТОДЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ЦИФРОВЫХ АВТОМАТОВ

Дублирование

Способ дублирования цифровых автоматов сводится к замене одного автомата, подлежащего контролю, двумя одинаковыми автоматами, выходы которых в процессе функционирования дублируемых автоматов постоянно сравниваются с помощью специальной схемы, называемой схемой сравнения. Дублирование не учитывает внутреннюю структуру автоматов и может применяться для контроля любых вычислительных устройств. С помощью дублирования обнаруживаются ошибки любой кратности, возникающие в векторе выходов одного из дублируемых устройств, а также все ошибки, возникающие на выходах двух устройств одновременно, приводящие к появлению неодинаковых векторов выходов дублируемых устройств. Аналитически дублирование сводится к использованию для контроля цифрового автомата кодов с повторением, порождающая матрица которых имеет вид

где — выходы первого из дублируемых устройств, а выходы второго из дублируемых устройств. В соответствии со структурой порождающей матрицы уравнения, определяющие процедуру декодирования, т. е. структуру схемы сравнения, могут быть представлены в виде

С учетом того что ошибка имеет место только при появлении ненулевого вектора синдрома функция декодирования может быть записана уравнением

Рассмотрим применение дублирования на примере цифрового автомата А, имеющего три выходных канала. Так как контролируемый автомат имеет три выходных канала, то порождающая матрица кода с повторением может быть представлена в виде

где — выходы исходного автомата — выходы автомата дублирующего исходный автомат. Функция декодирования имеет вид а общая схема автомата с контролем представлена на рис. 14.1.

К недостаткам дублирования следует отнести большую структурную избыточность, требующую удвоения оборудования. Последняя может быть уменьшена использованием (в сочетании со структурной избыточностью) временной избыточности. Действительно, если при организации функционального контроля цифрового автомата допускается его неправильное функционирование а течение некоторого наперед заданного интервала времени (последнее, например, возможно, если объект, управляемый автоматом, инерционен), то можно организовать контроль следующим образом. Сигналы контролируемого автомата, появляющиеся на его выходе в течение тактов работы, рассматриваются как информационных разрядов вектора некоторого кода с обнаружением ошибок.

Проверочные разряды такого вектора (в частности, это может быть только один разряд проверки на четность) формируются дополнительным автоматом по истечению времени При сохранении идеи дублирования описанный подход позволяет резко упростить автомат, дублирующий исходный.

Рис. 14.1.

Мажорирование

В отличие от дублирования, мажорирование позволяет вырабатывать правильный выходной сигнал при наличии неисправностей в контролируемых устройствах и определять место их появления с точностью до указания номеров неправильно работающих устройств. Мажорирование требует для своей организации использования нечетного числа устройств, работающих параллельно. Выработка правильного выходного сигнала устройства осуществляется мажоритарным способом (по принципу большинства) с помощью мажоритарного элемента. Для определения номеров неправильно работающих устройств необходимо дополнительно иметь специальный элемент анализа. В простейшем случае мажорирование требует утроения контролируемого устройства и позволяет корректировать ошибки любой кратности, возникающие на выходах одного из утраиваемых устройств. Суть мажоритарного контроля (для случая утроения исходного устройства с одним выходом) показана на рис. 14.2, где — устройства, полностью аналогичные устройству — выходы устройств со; ответственно; МЭ — мажоритарный элемент; ЭА — элемент анализа — выходы элемента анализа; — выход устройства. Для рассматриваемого случая мажоритарный элемент может быть полностью описан таблицей истинности булевой функции (табл. 14,1), исходя из условий его функционирования; если на большинстве выходов устройств присутствуют единицы, и наоборот. В соответствии с приведенной таблицей истинности функция аналитически представляется выражением Функционирование элемента анализа может быть описано следующим образом. Положим, что если устройство работает неверно. Тогда функционирование элемента анализа может быть представлено таблицей истинности (табл. 14.1) и аналитически описано уравнениями

К недостаткам описанного способа контроля следует отнести большую структурную избыточность, связанную с необходимостью использования одинаковых устройств.

Рис. 14.2

Таблица 14.1