DE102013002088B4 - System and method for a signature-based redundancy comparison - Google Patents
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Abstract
Redundantes System mit:einem Hauptteil, das dafür konfiguriert ist, ein Eingangssignal zu empfangen und ein binäres Ausgangssignal zu erzeugen;einer ersten Taktverzögerung, die dafür konfiguriert ist, das Eingangssignal zu empfangen und ein verzögertes Eingangssignal zu erzeugen;einem ersten Signaturgenerator, der mit dem Hauptteil gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, das binäre Ausgangssignal zu empfangen und eine erste Ausgangssignatur zu erzeugen;einer zweiten Taktverzögerung, die mit dem ersten Signaturgenerator gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, die erste Ausgangssignatur zu empfangen und eine verzögerte erste Ausgangssignatur zu erzeugen;einem Checker-Teil, das mit der ersten Taktverzögerung gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, das verzögerte Eingangssignal zu empfangen und ein verzögertes binäres Ausgangssignal zu erzeugen;einem zweiten Signaturgenerator, der mit dem Checker-Teil gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, das verzögerte binäre Ausgangssignal zu empfangen und eine verzögerte zweite Ausgangssignatur zu erzeugen; undeinem Komparator, der mit der zweiten Taktverzögerung und dem zweiten Signaturgenerator gekoppelt ist, wobei der Komparator dafür konfiguriert ist, die verzögerte erste Ausgangssignatur und die verzögerte zweite Ausgangssignatur zu empfangen und ein Fehlersignal zu erzeugen, wobei ein Zustand des Fehlersignals auf einem Vergleich der verzögerten ersten Ausgangssignatur mit der verzögerten zweiten Ausgangssignatur basiert.A redundant system comprising: a body configured to receive an input signal and generate a binary output signal; a first clock delay configured to receive the input signal and generate a delayed input signal; a first signature generator coupled to the first signature generator A second clock delay coupled to the first signature generator and configured to receive the first output signature and to generate a delayed first output signature; Checker portion coupled to the first clock delay and configured to receive the delayed input signal and generate a delayed binary output signal; a second signature generator coupled to the checker portion configured to receive the delayed binary A; receive the output signal and generate a delayed second output signature; anda comparator coupled to the second clock delay and the second signature generator, the comparator configured to receive the delayed first output signature and the delayed second output signature to generate an error signal, wherein a state of the error signal is based on a comparison of the delayed first Output signature based on the delayed second output signature.
Description
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht unter anderem die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Gewisse Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf das Bereitstellen einer diagnostischen Abdeckung in Rechensystemen und -verfahren. Genauer gesagt beziehen sich gewisse Ausführungsformen der Erfindung auf Systeme und Verfahren für die diagnostische Signaturerzeugung innerhalb von redundanten Systemen, um eine Erkennung von Fehlern, Störungen und Ausfällen, einschließlich Fehlern, Störungen und Ausfällen, die durch Fehler bzw. Ausfälle aufgrund gemeinsamer Ursache (common cause faults), logische Haftfehler (stuck-at-faults) und Querkopplungsfehler (cross-coupling faults) verursacht werden, bereitzustellen.Certain embodiments of the invention relate to providing diagnostic coverage in computing systems and methods. More specifically, certain embodiments of the invention relate to systems and methods for diagnostic signature generation within redundant systems to detect faults, faults, and failures, including faults, faults, and failures caused by common cause faults faults), stuck-at-faults, and cross-coupling faults.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Die Integration von Funktionen innerhalb eines elektronischen Steuergeräts (ECU; electronic control unit) ist hauptsächlich um einen sicheren Mikrocontroller konzentriert, der eine zentrale Rolle spielt, indem er kritische Rechenfunktionen sowie Kontroll- und Steuerfunktionen beherbergt. Als ein Ergebnis der Submikrometer-Technologien ist es wirtschaftlich möglich geworden, große redundante Strukturen (z. B. Duplexsysteme) im Innern von ECUs, Mikrocontrollern und anderen Arten von integrierten elektronischen Systemen und Rechensystemen zu integrieren, und zwar egal, ob sich solche Systeme nun auf sicherheitsbezogene Rechenfunktionen und/oder Kontroll- und Steuerfunktionen beziehen oder nicht. Typischerweise bilden solche Systeme die grundlegende Hardware-Architektur, auf die die Sicherheitssoftware aufbaut (z. B. Anwendungen, die die Sicherheitsanforderungsstufe ASIL D der Norm ISO 26262 erfordern).The integration of functions within an electronic control unit (ECU) is primarily focused around a secure microcontroller that plays a central role in accommodating critical computing, control, and control functions. As a result of submicrometer technologies, it has become economically feasible to integrate large redundant structures (eg, duplex systems) inside ECUs, microcontrollers, and other types of integrated electronic systems and computing systems, whether or not such systems now relate to safety-related computing functions and / or control and control functions or not. Typically, such systems are the basic hardware architecture upon which the security software is built (eg, applications that require the ASIL D security requirement of ISO 26262 standard).
Aber typische Duplexsysteme benötigen hardwarebasierte Vergleiche jeder funktionalen Ausgabe bei jedem Zyklus sowie auch komplexe Analysen von Ausfällen bzw. Fehlern aufgrund gemeinsamer Ursache basierend auf der Verzögerung der redundanten Teile um einen oder mehrere Taktzyklen, was zu einem großen Stromverbrauch und einer großen Chipfläche in Bezug auf die Integration der Duplexstrukturen in zum Beispiel einem Mikrokontroller führt.However, typical duplex systems require hardware based comparisons of each functional output at each cycle as well as complex analysis of common cause failures based on the delay of the redundant parts by one or more clock cycles, resulting in high power consumption and large chip area in terms of Integration of duplex structures in, for example, a microcontroller leads.
Des Weiteren ist eine Konsequenz für große Duplexsysteme die Kosten der Verzögerungsstufen für die Eingaben und Ausgaben sowie auch eine komplexe Komparatorlogik. So sind die Kosten der Verzögerung für zum Beispiel eine Verzögerung von 2 Zyklen - wenn man 1000 Eingaben und 1000 Ausgaben annimmt - 4000 Flipflops. Zusätzlich zu der Fläche, die benötigt wird, um eine große Anzahl an Flipflops zu integrieren, wird der Stromverbrauch ein begrenzender Faktor, wenn ein solches System erweitert wird, sowie auch dann, wenn mit höheren Frequenzen gearbeitet wird, die typischerweise eine größere Verzögerung (d. h. eine höhere Anzahl an Verzögerungszyklen) erfordern.Furthermore, a consequence for large duplex systems is the cost of the delay stages for the inputs and outputs, as well as complex comparator logic. For example, the cost of delay for a 2-cycle delay - assuming 1000 inputs and 1000 outputs - is 4000 flip-flops. In addition to the area needed to integrate a large number of flip-flops, power consumption becomes a limiting factor when expanding such a system, as well as operating at higher frequencies, which typically requires greater delay (ie a higher number of delay cycles).
Es wäre vorteilhaft, Lösungen bereitzustellen, die in Bezug auf die Integration von Strukturen des redundanten Typs im Innern von elektronischen Systemen hoher Integrität den Stromverbrauch und die Fläche reduzieren, während sie einen hohen Grad an Fehlererkennung beibehalten, der durch solche redundanten Strukturen bereitgestellt wird. Es ist auch von Interesse, redundante Strukturen bereitzustellen, die interne Fehler, Störungen und Ausfälle sowie auch Fehler, Störungen und Ausfälle in Ausgangs- bzw. Ausgabeleitungen während des normalen Betriebs erkennen.It would be advantageous to provide solutions that reduce power consumption and area in terms of integrating redundant type structures inside high integrity electronic systems while maintaining a high degree of error detection provided by such redundant structures. It is also of interest to provide redundant structures that detect internal faults, faults and failures as well as faults, faults and failures in output lines during normal operation.
Aus TAHOORI, M: Reliable Computing I. Vorlesung. Karlsruhe Institut für Technologie. 2011 ist ein System für einen Redundanzvergleich bekannt, wobei ein erstes Modul ein Eingangssignal empfängt und ein erstes Ausgangssignal an einen Komparator („majority voter“) ausgibt, wobei ein zweites Modul das Eingangssignal empfängt und ein zweites Ausgangssignal an den Komparator ausgibt, und wobei der Komparator das erste Ausgangssignal mit dem zweiten Ausgangssignal vergleicht und einen Fehler ermittelt. Aus
Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein System und ein Verfahren für einen signaturbasierten Redundanzvergleich, wobei die Pfade des Systems eine Zeitdiversität aufweisen. Das hat den Effekt, dass die Effekte von Kopplungsfaktoren, wie beispielsweise von Stromversorgungstörungen, reduziert werden. Daher ist es ein Aspekt verschiedener Ausführungsbeispiele ein System und ein Verfahren für einen signaturbasierten Redundanzvergleich bereitzustellen, wobei die Effekte von Fehlern bzw. Ausfällen innerhalb des Systems reduziert werden.Various embodiments relate to a system and method for a signature-based redundancy comparison wherein the paths of the system have time diversity. This has the effect of reducing the effects of coupling factors, such as power disturbances. Therefore, it is an aspect of various embodiments to provide a system and method for signature-based redundancy comparison that reduces the effects of failures within the system.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung weist ein redundantes System ein Hauptteil, das dafür konfiguriert ist, ein Eingangssignal zu empfangen und ein binäres Ausgangssignal zu erzeugen, eine erste Taktverzögerung, die dafür konfiguriert ist, das Eingangssignal zu empfangen und ein verzögertes Eingangssignal zu erzeugen, einen ersten Signaturgenerator, der mit dem Hauptteil gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, das binäre Ausgangssignal zu empfangen und eine erste Ausgangssignatur zu erzeugen, eine zweite Taktverzögerung, die mit dem ersten Signaturgenerator gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, die erste Ausgangssignatur zu empfangen und eine verzögerte erste Ausgangssignatur zu erzeugen, ein Checker-Teil (Prüferteil), das mit der ersten Taktverzögerung gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, das verzögerte Eingangssignal zu empfangen und ein verzögertes binäres Ausgangssignal zu erzeugen, einen zweiten Signaturgenerator, der mit dem Checker-Teil gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, das verzögerte binäre Ausgangssignal zu empfangen und eine verzögerte zweite Ausgangssignatur zu erzeugen, und einen Komparator auf, der mit der zweiten Taktverzögerung und dem zweiten Signaturgenerator gekoppelt ist, wobei der Komparator dafür konfiguriert ist, die verzögerte erste Ausgangssignatur und die verzögerte zweite Ausgangssignatur zu empfangen und ein Fehlersignal zu erzeugen, wobei ein Zustand des Fehlersignals auf einem Vergleich der verzögerten ersten Ausgangssignatur mit der verzögerten zweiten Ausgangssignatur basiert.In accordance with an embodiment of the invention, a redundant system includes a body configured to receive an input signal and produce a binary output signal, a first clock delay configured to receive the input signal and generate a delayed input signal, a first signature generator coupled to the body and configured to receive the binary output signal and generate a first output signature, a second clock delay coupled to and configured for the first signature generator; receive the first output signature and generate a delayed first output signature, a checker portion (checker portion) coupled to the first clock delay and configured to receive the delayed input signal and generate a delayed binary output signal, a second signature generator, coupled to the checker portion and configured to receive the delayed binary output signal and generate a delayed second output signature, and a comparator coupled to the second clock delay and the second signature generator, the comparator therefor r is configured to receive the delayed first output signature and the delayed second output signature and generate an error signal, wherein a state of the error signal is based on a comparison of the delayed first output signature with the delayed second output signature.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren für einen signaturbasierten Redundanzvergleich das Empfangen eines Eingangssignals durch ein Hauptteil und das Erzeugen eines binären Ausgangssignals durch das Hauptteil, das Erzeugen eines verzögerten Eingangssignals auf der Grundlage des Eingangssignals, das Erzeugen einer ersten Ausgangssignatur auf der Grundlage des binären Ausgangssignals, das Erzeugen einer verzögerten ersten Ausgangssignatur auf der Grundlage der ersten Ausgangssignatur, das Erzeugen eines verzögerten binären Ausgangssignal auf der Grundlage des verzögerten Eingangssignals, das Erzeugen einer verzögerten zweiten Ausgangssignatur durch ein Checker-Teil auf der Grundlage des verzögerten binären Ausgangssignals, das Vergleichen der verzögerten ersten Ausgangssignatur mit der verzögerten zweiten Ausgangssignatur durch einen Komparator und das Erzeugen eines Fehlersignals, wobei ein Zustand des Fehlers auf dem Vergleich basiert.In accordance with one embodiment of the invention, a method for signature-based redundancy comparison comprises receiving an input signal through a body and generating a binary output signal through the body, generating a delayed input signal based on the input signal, generating a first output signature based thereon the binary output signal, generating a delayed first output signature based on the first output signature, generating a delayed binary output signal based on the delayed input signal, generating a delayed second output signature by a checker portion based on the delayed binary output signal Comparing the delayed first output signature with the delayed second output signature by a comparator and generating an error signal, wherein a state of the error on the comparison ba Siert.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt wird ein redundantes System bereitgestellt, das Folgendes aufweist:
- ein Hauptteil, das dafür konfiguriert ist, ein Eingangssignal zu empfangen und ein binäres Ausgangssignal zu erzeugen;
- eine erste Taktverzögerung, die dafür konfiguriert ist, das Eingangssignal zu empfangen und
- ein verzögertes Eingangssignal zu erzeugen;
- einen ersten Signaturgenerator, der mit dem Hauptteil gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist,
- das binäre Ausgangssignal zu empfangen und eine erste Ausgangssignatur zu erzeugen;
- eine zweite Taktverzögerung, die mit dem ersten Signaturgenerator gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, die erste Ausgangssignatur zu empfangen und eine verzögerte erste Ausgangssignatur zu erzeugen;
- ein Checker-Teil, das mit der ersten Taktverzögerung gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, das verzögerte Eingangssignal zu empfangen und ein verzögertes binäres Ausgangssignal zu erzeugen;
- einen zweiten Signaturgenerator, der mit dem Checker-Teil gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, das verzögerte binäre Ausgangssignal zu empfangen und eine verzögerte zweite Ausgangssignatur zu erzeugen; und
- einen Komparator, der mit der zweiten Taktverzögerung und dem zweiten Signaturgenerator gekoppelt ist, wobei der Komparator dafür konfiguriert ist, die verzögerte erste Ausgangssignatur und die verzögerte zweite Ausgangssignatur zu empfangen und ein Fehlersignal zu erzeugen, wobei ein Zustand des Fehlersignals auf einem Vergleich der verzögerten ersten Ausgangssignatur mit der verzögerten zweiten Ausgangssignatur basiert.
- a body configured to receive an input signal and generate a binary output signal;
- a first clock delay configured to receive the input signal and
- to generate a delayed input signal;
- a first signature generator coupled to and configured for the body
- receive the binary output signal and generate a first output signature;
- a second clock delay coupled to the first signature generator and configured to receive the first output signature and generate a delayed first output signature;
- a checker portion coupled to the first clock delay and configured to receive the delayed input signal and generate a delayed binary output signal;
- a second signature generator coupled to the checker portion and configured to receive the delayed binary output signal and generate a delayed second output signature; and
- a comparator coupled to the second clock delay and the second signature generator, the comparator configured to receive the delayed first output signature and the delayed second output signature to generate an error signal, wherein a state of the error signal is based on a comparison of the delayed first Output signature based on the delayed second output signature.
Vorteilhafterweise verzögert die zweite Taktverzögerung das Eingangssignal um n Taktzyklen und verzögert die erste Taktverzögerung die erste Ausgangssignatur um diese n Taktzyklen.Advantageously, the second clock delay delays the input signal by n clock cycles, and the first clock delay delays the first output signature by those n clock cycles.
Vorteilhafterweise weist das Hauptteil erste Schaltungen auf und weist das Checker-Teil zweite Schaltungen auf, die redundant zu den ersten Schaltungen sind.Advantageously, the main part has first circuits and the checker part has second circuits that are redundant to the first circuits.
Vorteilhafterweise weist das binäre Ausgangssignal
Vorteilhafterweise weist das binäre Ausgangssignal
Vorteilhafterweise weist der erste Kompaktor eine Kompaktionsmatrix (Kompressionsmatrix)
Vorteilhafterweise weist die Kompaktionsmatrix
Vorteilhafterweise ist die Anzahl an Einsen in jeder Zeile der Kompaktionsmatrix
Vorteilhafterweise ist der zweite Signaturgenerator ein zweiter Kompaktor, wobei der zweite Kompaktor dafür konfiguriert ist,
Vorteilhafterweise weist das redundante System des Weiteren einen Inverter auf, der zwischen dem Checker-Teil und dem zweiten Signaturgenerator gekoppelt ist, wobei der Inverter dafür konfiguriert ist, das verzögerte binäre Ausgangssignal zu invertieren, um ein invertiertes verzögertes binäres Ausgangssignal zu erzeugen, wobei der zweite Signaturgenerator ein zweiter Kompaktor ist, wobei der zweite Kompaktor dafür konfiguriert ist, M binäre Komponenten des invertierten verzögerten binären Ausgangssignals zu kompaktieren, um eine invertierte verzögerte zweite Ausgangssignatur zu erzeugen, die
Vorteilhafterweise ist der Komparator ein selbsttestender Komparator (STC; selftesting comparator).Advantageously, the comparator is a self-testing comparator (STC).
Vorteilhafterweise weist der STC eine Zwischenwert-Bildungsvorrichtungs-(IVB; intermediate-value-builder)-Schaltung auf, die mit einer Zuordnungsschaltung gekoppelt ist, wobei die IVB-Schaltung eine Vielzahl von XOR-Gattern (Exklusiv-ODER-Gattern) aufweist und die Zuordnungsschaltung wenigstens ein OR-Gatter (ODER-Gatter) und wenigstens ein NAND-Gatter (NICHT-UND-Gatter) aufweist, wobei die IVB dafür konfiguriert ist, die verzögerte erste Ausgangssignatur und die verzögerte zweite Ausgangssignatur zu empfangen, die insgesamt 2n binäre Eingaben aufweisen, und n binäre Zwischenausgaben z1, ..., zn zu erzeugen, und die Zuordnungsschaltung dafür konfiguriert ist, die n binären Zwischenausgaben z1, ..., zn zu empfangen und r Fehlersignale Errorl, ... Errorr zu erzeugen, wobei r ≥ 1 ist. Advantageously, the STC comprises an intermediate value-builder (IVB) circuit coupled to an allocation circuit, the IVB circuit having a plurality of XOR (Exclusive-OR) gates, and the Assignment circuit comprises at least one OR gate and at least one NAND gate, the IVB being configured to receive the delayed first output signature and the delayed second output signature, the total of 2n binary inputs and to generate n intermediate binary outputs z1, ..., zn, and the assignment circuit is configured to receive the n binary intermediate outputs z1, ..., zn and generate r error signals Errorl, ... Errorr, where r ≥ 1.
Vorteilhafterweise ist zi = ui ⊕ vi ⊕ a1u1 ⊕ a2u2 ⊕ ... ⊕ anun ⊕ b1v1 ⊕ b2v2 ⊕ ... ⊕ bnvn ⊕ Ai, wobei u1, ..., un und v1, ..., vn die 2n binären Eingaben sind, wobei ai und bi für i = 1, ..., n binäre Werte sind, und wobei ai Λ bj = 0, V n i=1 ai V V n j=1 bj = 1.Advantageously, zi = ui ⊕ vi ⊕ a1u1 ⊕ a2u2 ⊕ ... ⊕ anun ⊕ b1v1 ⊕ b2v2 ⊕ ... ⊕ bnvn ⊕ Ai, where u1, ..., un and v1, ..., vn are the 2n binary inputs where ai and bi are binary values for i = 1, ..., n, and where ai Λ bj = 0, Vni = 1 ai VV nj = 1 bj = 1.
Vorteilhafterweise ist für r = 2 Errorl = V n i=1 (zi ⊕ Ai),
Image available on „Original document“
wobei Ai für i = 1, ..., n boolesche Konstanten sind.Advantageously, for r = 2, Errorl = Vni = 1 (zi ⊕ Ai),
Image available on "Original document"
where Ai are boolean constants for i = 1, ..., n.
Vorteilhafterweise sind die verzögerte erste Ausgangssignatur und die verzögerte zweite Ausgangssignatur binäre Komplemente voneinander.Advantageously, the delayed first output signature and the delayed second output signature are binary complements of one another.
Vorteilhafterweise weist das redundante System des Weiteren Folgendes auf:
- einen ersten Zeitdatencodierer bzw. Temporaldatencodierer (TDE; temporal data encoder),
- der mit der zweiten Taktverzögerung und dem ersten Signaturgenerator gekoppelt ist;
- einen konfigurierbaren MISR-Komparator (CMC; configurable MISR comparator), der mit dem ersten TDE gekoppelt ist;
- einen zweiten TDE, der mit dem CMC und dem zweiten Signaturgenerator gekoppelt ist; und
- einen Fehler-Checker (Fehlerprüfer), der mit dem CMC und dem Komparator gekoppelt ist.
- a first temporal data encoder (TDE);
- which is coupled to the second clock delay and the first signature generator;
- a configurable MISR comparator (CMC) coupled to the first TDE;
- a second TDE coupled to the CMC and the second signature generator; and
- an error checker (error checker) coupled to the CMC and the comparator.
Vorteilhafterweise ist der Fehler-Checker ein sogenannter Dual-Rail-Fehler-Checker (DREC; dual rail error checker).Advantageously, the error checker is a so-called dual rail error checker (DREC).
Vorteilhafterweise ist der erste TDE dafür konfiguriert, eine erste temporale Signatur auf der Grundlage einer angesammelten Historie der verzögerten ersten Ausgangssignatur zu erzeugen, ist der zweite TDE dafür konfiguriert, eine zweite temporale Signatur auf der Grundlage einer angesammelten Historie der verzögerten zweiten Ausgangssignatur zu erzeugen, ist der CMC dafür konfiguriert, ein zweites Fehlersignal auf der Grundlage eines Vergleichs der ersten und zweiten temporalen Signaturen zu erzeugen, und ist der Fehler-Checker dafür konfiguriert, das zweite Fehlersignal und das Fehlersignal zu vergleichen, um ein drittes Fehlersignal zu erzeugen.Advantageously, the first TDE is configured to generate a first temporal signature based on an accumulated history of the delayed first output signature, the second TDE is configured to generate a second temporal signature based on an accumulated history of the delayed second output signature the CMC is configured to generate a second error signal based on a comparison of the first and second temporal signatures, and the error checker is configured to compare the second error signal and the error signal to produce a third error signal.
Vorteilhafterweise weist das redundante System des Weiteren eine TDE-Logikeinheit auf, die dafür konfiguriert ist, dann, wenn eines der ersten, zweiten oder dritten Fehlersignale einen Fehler anzeigt, die erste temporale Signatur und die zweite temporale Signatur zu analysieren, um festzustellen, ob der Fehler von dem Hauptteil oder von dem Checker-Teil stammte, wobei die erste temporale Signatur und die zweite temporale Signatur aus dem Eingangssignal erzeugt werden, das ein vorbestimmtes Testsignal ist.Advantageously, the redundant system further comprises a TDE logic unit which is configured to, when one of the first, second or third error signals indicates an error, analyze the first temporal signature and the second temporal signature to determine if the error originated from the body or the checker portion, wherein the first temporal signature and the second temporal signature are generated from the input signal, which is a predetermined test signal.
Vorteilhafterweise sind das Checker-Teil und der zweite Signaturgenerator zumindest teilweise in einer kombinierten Schaltung implementiert.Advantageously, the checker part and the second signature generator are at least partially implemented in a combined circuit.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt ist ein Verfahren für einen signaturbasierten Redundanzvergleich bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst:
- Empfangen eines Eingangssignals durch ein Hauptteil und Erzeugen eines binären Ausgangssignals durch das Hauptteil;
- Erzeugen eines verzögerten Eingangssignals auf der Grundlage des Eingangssignals;
- Erzeugen einer ersten Ausgangssignatur auf der Grundlage des binären Ausgangssignals;
- Erzeugen einer verzögerten ersten Ausgangssignatur auf der Grundlage der ersten Ausgangssignatur;
- Erzeugen eines verzögerten binären Ausgangssignals auf der Grundlage des verzögerten Eingangssignals;
- Erzeugen einer verzögerten zweiten Ausgangssignatur durch ein Checker-Teil auf der Grundlage des verzögerten binären Ausgangssignals;
- Vergleichen der verzögerten ersten Ausgangssignatur mit der verzögerten zweiten Ausgangssignatur durch einen Komparator; und
- Erzeugen eines Fehlersignals, wobei ein Zustand des Fehlersignals auf dem Vergleich basiert.
- Receiving an input signal through a body and generating a binary output signal through the body;
- Generating a delayed input signal based on the input signal;
- Generating a first output signature based on the binary output signal;
- Generating a delayed first output signature based on the first output signature;
- Generating a delayed binary output signal based on the delayed input signal;
- Generating a delayed second output signature by a checker portion based on the delayed binary output signal;
- Comparing the delayed first output signature with the delayed second output signature by a comparator; and
- Generating an error signal, wherein a state of the error signal is based on the comparison.
Vorteilhafterweise wird das Eingangssignal um n Taktzyklen verzögert und wird die erste Ausgangssignatur um diese n Taktzyklen verzögert.Advantageously, the input signal is delayed by n clock cycles and the first output signature is delayed by these n clock cycles.
Vorteilhafterweise weist das erste Hauptteil erste Schaltungen auf und weist das Checker-Teil zweite Schaltungen auf, die redundant zu den ersten Schaltungen sind.Advantageously, the first body part has first circuits and the checker part has second circuits which are redundant to the first circuits.
Vorteilhafterweise weist das binäre Ausgangssignal M binäre Komponenten auf und weist die erste Ausgangssignatur K binäre Komponenten auf, die aus den M binären Komponenten kompaktiert worden sind, wobei K < M ist.Advantageously, the binary output signal M comprises binary components and the first output signature K comprises binary components which have been compacted from the M binary components, where K <M.
Vorteilhafterweise hat eine Kompaktionsmatrix H K Zeilen und M Spalten, wobei y' = Hx1 ist, und wobei der Vektor y' die erste Ausgangssignatur ist und der Vektor x1 das binäre Ausgangssignal ist.Advantageously, a compaction matrix H has K rows and M columns, where y '= Hx1 and where the vector y' is the first output signature and the vector x1 is the binary output signal.
Vorteilhafterweise hat die Kompaktionsmatrix H die Eigenschaft, dass dann, wenn der Vektor x1 M binäre Einsen aufweist, der Vektor y' erzeugt wird, der K binäre Einsen aufweist.Advantageously, the compaction matrix H has the property that, when the vector x1 has M binary ones, the vector y 'having K binary ones is generated.
Vorteilhafterweise ist die Anzahl an Einsen in jeder Zeile der Kompaktionsmatrix
Vorteilhafterweise weist das verzögerte binäre Ausgangssignal
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren des Weiteren das Invertieren des verzögerten binären Ausgangssignals, um ein invertiertes verzögertes binäres Ausgangssignal zu erzeugen, wobei das invertierte verzögerte binäre Ausgangssignal M binäre Komponenten aufweist und die invertierte verzögerte zweite Ausgangssignatur K binäre Komponenten aufweist, die aus den M binären Komponenten unter Verwendung einer Kompaktionsmatrix B kompaktiert worden sind, wobei die Kompaktionsmatrix B dafür konfiguriert ist, die invertierte verzögerte zweite Ausgangssignatur so zu erzeugen, dass sie eine Inversion der verzögerten ersten Ausgangssignatur ist.Advantageously, the method further comprises inverting the delayed binary output signal to produce an inverted delayed binary output signal, wherein the inverted delayed binary output signal M comprises binary components and the inverted delayed second output signature comprises K binary components consisting of the M binary components Using a compaction matrix B, wherein the compaction matrix B is configured to generate the inverted delayed second output signature to be an inversion of the delayed first output signature.
Vorteilhafterweise ist der Komparator ein selbsttestender Komparator (STC), wobei der STC eine Zwischenwert-Bildungsvorrichtungs-(IVB)-Schaltung und eine Zuordnungsschaltung aufweist, wobei die IVB-Schaltung eine Vielzahl von XOR-Gattern aufweist und die Zuordnungsschaltung wenigstens ein OR-Gatter und wenigstens ein NAND-Gatter aufweist, wobei die IVB dafür konfiguriert ist, die verzögerte erste Ausgangssignatur und die verzögerte zweite Ausgangssignatur zu empfangen, die insgesamt 2n binäre Eingaben aufweisen, und n binäre Zwischenausgaben z1, ..., zn zu erzeugen, und die Zuordnungsschaltung dafür konfiguriert ist, die n binären Zwischenausgaben z1, ..., zn zu empfangen und r Fehlersignale Errorl, ... Errorr zu erzeugen, wobei r ≥ 1 ist.Advantageously, the comparator is a self-testing comparator (STC), the STC having an intermediate value forming (IVB) circuit and an allocation circuit, the IVB circuit having a plurality of XOR gates and the allocation circuit having at least one OR gate and at least one NAND gate, the IVB being configured to receive the delayed first output signature and the delayed second output signature having a total of 2n binary inputs, and to generate n intermediate binary outputs z1, ..., zn, and the mapping circuit is configured to receive the n binary intermediate outputs z1, ..., zn and generate r error signals Errorl, ... Errorr, where r ≥ 1.
Vorteilhafterweise ist zi = ui ⊕ vi ⊕ a1u1 ⊕ a2u2 (B ... ⊕ anun ⊕ b1v1 ⊕ b2v2 ⊕ ... ⊕ bnvn ⊕ Ai, wobei u1, ..., un und v1, ..., vn die 2n binären Eingaben sind, wobei ai, bi, und Ai für i = 1, ..., n binäre Werte sind, und wobei ai Λ bj = 0, V n i=1 ai V V n j= 1 bj = 1.Advantageously, zi = ui ⊕ vi ⊕ a1u1 ⊕ a2u2 (B ... ⊕ anun ⊕ b1v1 ⊕ b2v2 ⊕ ... ⊕ bnvn ⊕ Ai, where u1, ..., un and v1, ..., vn are the 2n binary ones Inputs are where ai, bi, and Ai for i = 1, ..., n are binary values, and where ai Λ bj = 0, V ni = 1 ai VV nj = 1 bj = 1.
Vorteilhafterweise ist für r = 2 Errorl = V n i=1 (zi ⊕ Ai),
Image available on „Original document“ Advantageously, for r = 2, Errorl = Vni = 1 (zi ⊕ Ai),
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Vorteilhafterweise sind die verzögerte erste Ausgangssignatur und die verzögerte zweite Ausgangssignatur binäre Komplemente voneinander.Advantageously, the delayed first output signature and the delayed second output signature are binary complements of one another.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren des Weiteren folgende Schritte:
- Erzeugen einer ersten temporalen Signatur auf der Grundlage einer angesammelten Historie der verzögerten ersten Ausgangssignatur;
- Erzeugen einer zweiten temporalen Signatur auf der Grundlage einer angesammelten Historie der verzögerten zweiten Ausgangssignatur;
- Erzeugen eines zweiten Fehlersignals auf der Grundlage eines Vergleichs der ersten und zweiten temporalen Signaturen; und
- Vergleichen des zweiten Fehlersignals und des Fehlersignals, um ein drittes Fehlersignal zu erzeugen.
- Generating a first temporal signature based on an accumulated history of the delayed first output signature;
- Generating a second temporal signature based on a history of the delayed second output signature;
- Generating a second error signal based on a comparison of the first and second temporal signatures; and
- Comparing the second error signal and the error signal to produce a third error signal.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren des Weiteren dann, wenn eines von den ersten, zweiten oder dritten Fehlersignalen einen Fehler anzeigt, das Analysieren der ersten temporalen Signatur und der zweiten temporalen Signatur, um festzustellen, ob der Fehler von dem Hauptteil oder von dem Checker-Teil stammte, wobei die erste temporale Signatur und die zweite temporale Signatur aus dem Eingangssignal erzeugt werden, das ein vorbestimmtes Testsignal ist.Advantageously, the method further comprises, when one of the first, second or third error signals indicates an error, analyzing the first temporal signature and the second temporal signature to determine if the error originated from the body or the checker portion wherein the first temporal signature and the second temporal signature are generated from the input signal that is a predetermined test signal.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt weist ein System für einen signaturbasierten Redundanzvergleich Folgendes auf:
- eine Einrichtung zum Empfangen eines Eingangssignals durch ein Hauptteil und eine Einrichtung zum Erzeugen eines binären Ausgangssignals durch das Hauptteil;
- eine Einrichtung zum Erzeugen eines verzögerten Eingangssignals auf der Grundlage des Eingangssignals;
- eine Einrichtung zum Erzeugen einer ersten Ausgangssignatur auf der Grundlage des binären Ausgangssignals;
- eine Einrichtung zum Erzeugen einer verzögerten ersten Ausgangssignatur auf der Grundlage der ersten Ausgangssignatur;
- eine Einrichtung zum Erzeugen eines verzögerten binären Ausgangssignals auf der Grundlage des verzögerten Eingangssignals;
- eine Einrichtung zum Erzeugen einer verzögerten zweiten Ausgangssignatur durch ein Checker-Teil auf der Grundlage des verzögerten binären Ausgangssignals;
- eine Einrichtung zum Vergleichen der verzögerten ersten Ausgangssignatur mit der verzögerten zweiten Ausgangssignatur; und
- eine Einrichtung zum Erzeugen eines Fehlersignals, wobei ein Zustand des Fehlersignals auf dem Vergleich basiert.
- means for receiving an input signal through a body and means for generating a binary output signal through the body;
- means for generating a delayed input signal based on the input signal;
- means for generating a first output signature based on the binary output signal;
- means for generating a delayed first output signature based on the first output signature;
- means for generating a delayed binary output signal based on the delayed input signal;
- means for generating a delayed second output signature by a checker portion based on the delayed binary output signal;
- means for comparing the delayed first output signature with the delayed second output signature; and
- means for generating an error signal, wherein a state of the error signal is based on the comparison.
Figurenlistelist of figures
-
1 ist ein schematisches Diagramm eines Duplexsystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;1 Fig. 10 is a schematic diagram of a duplex system in accordance with an embodiment of the invention; -
2 ist ein schematisches Diagramm eines linearen Kompaktors in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;2 Fig. 10 is a schematic diagram of a linear compactor in accordance with an embodiment of the invention; -
3 ist ein schematisches Diagramm eines Duplexsystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;3 Fig. 10 is a schematic diagram of a duplex system in accordance with an embodiment of the invention; -
4 ist eine schematische Darstellung eines selbsttestenden Komparators in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;4 Fig. 12 is a schematic diagram of a self-testing comparator in accordance with an embodiment of the invention; -
5 ist ein schematisches Diagramm der Zwischenwert-Bildungsvorrichtung und der Zuordnungsschaltung des selbsttestenden Komparators, der in4 veranschaulicht ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung; und5 FIG. 12 is a schematic diagram of the intermediate value forming device and the self-testing comparator allocation circuit included in FIG4 illustrated in accordance with an embodiment of the invention; and -
6 ist ein schematisches Diagramm eines Duplexsystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung.6 FIG. 10 is a schematic diagram of a duplex system in accordance with one embodiment of the invention. FIG.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Das Duplexsystem
Obwohl die exemplarische Ausführungsform, wie sie veranschaulicht ist, ein Duplexsystem
Der erste Signaturgenerator
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Signaturgenerator
In einer Ausführungsform der Erfindung verzögert die zweite Taktverzögerung
Der DSC
Während des Betriebs empfangen das Hauptteil
In einer Ausführungsform der Erfindung empfängt ein interner Sicherheitsmonitor bzw. ein internes Sicherheitsüberprüfungsprogramm (ISM; internal safety monitor)
In einer Ausführungsform der Erfindung kann eine oder können mehrere Komponente(n) im Innern der sicherheitsbezogenen Komponente
in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine oder können mehrere Komponente(n), die außerhalb der sicherheitsbezogenen Komponente
Obwohl der lineare Kompaktor
Der M-dimensionale Eingang x = x1, ..., xM, kann als ein M-dimensionaler Spaltenvektor dargestellt werden, und der K-dimensionale Ausgang y = y1, ..., yK kann als ein K-dimensionaler Spaltenvektor dargestellt werden, wobei y = H·x, (1) und H eine (K,M)-Matrix mit
Image available on „Original document“The M-dimensional input x = x1, ..., xM, can be represented as an M-dimensional column vector, and the K-dimensional output y = y1, ..., yK can be represented as a K-dimensional column vector, where y = H · x, (1) and H is a (K, M) matrix with
Image available on "Original document"
Für die Komponenten y1, y2, y3, y4 des kompaktierten Ausgangsvektors y ergibt sich aus den Formeln (2) und (3): y1 = x4 ⊕ x5 ⊕ x6, y2 = x1 ⊕ x4 ⊕ x5, y3 = x2 ⊕ x4 ⊕ x6, y4 = x3 ⊕ x5 ⊕ x6,For the components y1, y2, y3, y4 of the compacted output vector y, it follows from the formulas (2) and (3): y1 = x4⊕x5⊕x6, y2 = x1⊕x4⊕x5, y3 = x2⊕x4⊕x6 , y4 = x3 ⊕ x5 ⊕ x6,
So wird zum Beispiel ein Eingangsvektor x = 1,0,1,0,1,1 in einen entsprechenden Ausgangsvektor y = H·x = 0,0,1,1 kompaktiert (verdichtet).For example, an input vector x = 1,0,1,0,1,1 is compacted (condensed) into a corresponding output vector y = H x = 0,0,1,1.
Der lineare Kompaktor
in einen AusgangsvektorImage available on „Original document“ kompaktiert wird.The
is compacted into an output vector image available on "original document".
Und wenn der lineare Kompaktor
Mit anderen Worten, ein Eingangsvektor x', der sich von einem Eingangsvektor x in 1 oder 2 oder 3 Bitpositionen unterscheidet, wird zu einem kompaktierten Ausgangsvektor y' führen, der sich von dem kompaktierten Ausgangsvektor des Eingangsvektors x unterscheidet. Dies ist vorteilhaft, da interne Fehler bzw. Störungen oder Ausfälle sehr oft zu 1-Bit-Fehlern, 2-Bit-Fehler oder 3-Bit-Fehlern führen, wodurch der Eingangsvektor x des Kompaktors in 1, 2 oder 3 Bits geändert wird. Jeder dieser Fehler wird mit einer Wahrscheinlichkeit von 100% entdeckt, wenn die kompaktierten Ausgaben von linearen Kompaktoren, die diese Eigenschaften aufweisen, von dem DSC
Die Kompaktionsmatrix
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung empfängt der Kompaktor
Während des Betriebs invertiert der Inverter
Wenn der DSC
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Übertragungsfunktion des ersten Signaturgenerators
Ein Duplexsystem, wie etwa das Duplexsystem
Der STC
Wenn zum Beispiel r = 2 ist, dann kann die Zuordnungsschaltung
Image available on „Original document“For example, if r = 2, then the mapping circuit may be
Image available on "Original document"
Somit ist dann, wenn zi = Ai für i = 1, ..., n ist, Errorl = 0 und Error2 = 1, und wenn zi = Ai ⊕ 1 für i = 1, ..., n ist, Errorl = 1 und Error2 = 0. Aber wenn keine dieser Bedingungen gilt, dann werden entweder beide der Fehlerausgangsignale High sein (d. h. den Wert
In der exemplarischen Ausführungsform, wie sie veranschaulicht ist, ist n = 4, a1 = a2 = a3 = a4 = 0, b1 = 1, b2 = b3 = b4 = 0, r = 2 und A1 = A2 = A3 = A4 = 0. Obwohl
Für die exemplarische Ausführungsform, wie sie veranschaulicht ist, ist a1u1 ⊕ a2u2 ⊕ ... ⊕ anun ⊕ b1v1 ⊕ b2v2 ⊕ ... ⊕ bnvn = v1und werden die Zwischenwerte bestimmt als z1 = u1, z2 = u2 ⊕ v2 ⊕ v1, z3 = u3 ⊕ v3 ⊕ v1z4 = u4 ⊕ v4 ⊕ v1.For the exemplary embodiment as illustrated, a1u1 ⊕ a2u2 ⊕ ... ⊕ anun ⊕ b1v1 ⊕ b2v2 ⊕ ... ⊕ bnvn = v1, and the intermediate values are determined as z1 = u1, z2 = u2 ⊕ v2 ⊕ v1, z3 = u3 ⊕ v3 ⊕ v1z4 = u4 ⊕ v4 ⊕ v1.
Die Fehlersignale sind Errorl = z1 V z2 V z3 V z4Error2 = z1 Λ z2 Λ z3 Λ z4 The error signals are Error1 = z1 Vz2 Vz3 Vz4Error2 = z 1 Λ z 2 Λ z 3 Λ z 4
Wie zu sehen ist, werden alle XOR-Gatter
Die Eingangswerte des OR-Gatters
Es sei auch beispielshalber angenommen, dass u1 = v1 = 0, u2 = v2 = 1, u3 = v3 = 1 ist und u4 = v4 = 0. ist Dann sind die Ausgaben der XOR-Gatter
Anhand eines weiteren Beispiels sei nun angenommen, dass u1 = v1 = 1, u3 = v2 = 1, u3 = v3 = 1 ist und u4 = v4 = 0 ist. Dann sind die Ausgaben der OR-Gatter
Um die Fehlererkennungsfähigkeit des LCSS
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ausgabe des STC
Der STC
Für v1 = 0 sind alle Zwischenwerte z1, ..., zn=4 gleich 1, und für v1 = 1 sind alle Zwischenwerte z1, ..., zn=4 gleich 0. Somit ist für v1 = 0 Errorl = 1 und Error2 = 0. Für v1 = 1 ist Errorl = 0 und ist Error2 = 1. Mit anderen Worten, die Fehlersignale sind Two-Rail oder komplementär (d. h. entweder (1,0) oder (0,1)), solange kein Fehler auftritt. Es ist auch zu sehen, dass für einen beliebigen Fehler an den Eingängen, für die nicht alle Eingaben gleichzeitig fehlerhaft sind, die Fehlersignale Errorl und Error2 Two-Rail sind (d. h. entweder (1,1) oder (0,0)), und somit kann ein Fehler erkannt werden.For v1 = 0, all intermediate values z1, ..., zn = 4 are equal to 1, and for v1 = 1, all intermediate values z1, ..., zn = 4 are equal to 0. Thus, for v1 = 0, Errorl = 1 and Error2 = 0. For v1 = 1, Errorl = 0 and Error2 = 1. In other words, the error signals are two-rail or complementary (ie, either (1,0) or (0,1)) as long as no error occurs. It can also be seen that for any error on the inputs for which not all inputs are simultaneously faulty, the error signals Errorl and Error2 are two-rail (ie either (1,1) or (0,0)), and thus an error can be detected.
Wie unten noch ausführlicher erörtert werden wird, können die MISRs
Die MISRs
In einer Ausführungsform der Erfindung kann auf die Werte, die in jedem MISR
Unter erneuter Bezugnahme auf
So empfängt zum Beispiel der DREC
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das CFG
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird es den Fachleuten auf dem Gebiet klar sein, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und eine Ersetzung durch Äquivalente durchgeführt werden kann, ohne dass von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der vorliegenden Erfindung anzupassen, ohne dass von deren Schutzumfang abgewichen wird. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nicht auf die bestimmte offenbare Ausführungsform beschränkt sein, sondern die vorliegende Erfindung wird alle Ausführungsformen, die in den Schutzbereich der angehängten Ansprüche fallen, einschließen.Although the present invention has been described with reference to particular embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted without departing from the scope of the present invention. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the present invention without departing from the scope thereof. Therefore, the present invention should not be limited to the particular apparent embodiment, but the present invention will include all embodiments falling within the scope of the appended claims.
Claims (8)
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