DE4409341A1 - Pseudozufallsfolgengenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektronischen Schaltungstechnik und bezieht sich auf einen Generator von Zufallsfolgen mit Hilfe eines rückgekoppelten Schieberegisters.

Die Erzeugung binärer Pseudozufallsfolgen mit Hilfe von Schieberegistern ist hinlänglich bekannt. Der jeweilige Eingangswert für das Schieberegister im Zeitpunkt kT wird dabei aus einer kombinatorischen Verknüpfung der parallelen Ausgänge aus einem Schieberegister erzeugt, also als Funktion x(kT) = Σa_i·x((k-i)T), wobei die Summierung über den Index i von 1 bis n läuft und worin x((k-i)T) den Ausgangswert der i-ten Zelle der insgesamt n Zellen des Schieberegisters und a_i den zugehörigen Koeffizienten bezeichnet. Die richtige Wahl der Koeffizienten ist dabei ausschlaggebend für die Periodenlänge. Mit binären Schieberegistern kann diese 2ⁿ-1 betragen. Auf die gleiche Weise, das heißt als Funktion y(kT) = Σb_i·x((k-i)T), wobei hier i von 0 bis n läuft, lassen sich aus den Schieberegister-Ausgängen Folgen herleiten, die überdies zu Worten gruppiert werden können.

Die Verwendung eines rückgekoppelten Schieberegisters für die Erzeugung von Pseudozufallsfolgen der obgenannten Art ergibt eine feste Folge gegebener Länge. Es gibt jedoch Anwendungen, in denen wechselnd verschiedene Arten von Folgen zum Einsatz kommen sollen, namentlich in Testgeräten, wo beispielsweise verschiedene Zykluslängen und/oder Gewichtungen der Ausgänge benötigt werden, so daß sich unterschiedliche Durchschnittswerte der Folgen erzeugen lassen. Man muß sich dann mit mehreren Generatoren behelfen, was aufwendig ist.

Es besteht daher die Aufgabe, mit geringem Schaltungsaufwand einen Pseudozufallsfolgengenerator herzustellen, der jeweils mit einer ausgewählten von mehreren unterschiedlichen Zykluslängen arbeitet, und dessen Ausgangsfolgen überdies mit ausgewählten Gewichtungen versehen werden können.

Die Aufgabe wird mit einem einzigen rückgekoppelten Schieberegister in Verbindung mit einer kombinatorischen Logik und einem Register gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die kombinatorische Logik weist die benötigten Verknüpfungselemente auf, um die einleitend angegebene Funktion x(kT) zu realisieren. Diese lassen sich aber wahlweise aktivieren bzw. deaktivieren, was auf Grund einer Ansteuerung aus einem Register erfolgt. Nach demselben Prinzip werden auch die Funktionen der Ausgangsfolgen beeinflußt. Die im Register gespeicherten Steuerdaten beeinflussen die Koeffizienten b_i und setzen sie insbesondere null, wenn der betreffende Schieberegisterausgang nicht benötigt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen und in einer Anwendung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschema des Pseudozufallsfolgengenerators;

Fig. 2 eine erste mögliche Realisierung eines Teils der kombinatorischen Logik;

Fig. 3 eine zweite mögliche Realisierung eines Teils der kombinatorischen Logik, und

Fig. 4 die Verwendung des Pseudozufallsfolgengenerators in einem Ereigniszahlbegrenzer.

Der Pseudozufallsfolgengenerator 20 enthält ein Schieberegister 1, eine kombinatorische Logik 2, einen Taktschalter 3 und ein Register 4. Das Schieben im Schieberegister 1 geschieht unter dem Einfluß des Takts, der vom Taktschalter 3 aus über die Taktleitung 7 zugeführt ist. Der Schieberegisterinhalt, das sind die Werte x((k-i)T), wird parallel ausgelesen und gelangt über den Ausgangsvektor 5 an die kombinatorische Logik 2. Diese verknüpft die Ausgangswerte und liefert den nächsten in das Schieberegister einzulesenden Wert, der über die Rückkopplung 6 an dessen Eingang geführt ist. Im Fall eines herkömmlichen, im Aufwand minimalisierten binären Pseudozufallsfolgengenerators werden lediglich der älteste und ein weiterer Wert aus dem Schieberegister benötigt Über ein Exklusiv-Oder-Tor verknüpft ergeben sie die Rückkopplung. Erfindungsgemäß werden jedoch mehr oder gar alle Werte in die Logik geführt, damit verschiedene Verknüpfungen nach Wahl erfolgen können, was die Generierung verschiedener Zykluslängen zuläßt.

Die kombinatorische Logik wird durch die Steuersignale 9 beeinflußt, die aus dem Register 4 stammen. Das Register 4 selbst wird beispielsweise von einer Mikroprozessorsteuerung über einen Eingangsdatenvektor 8 geladen. Maßgebend für den Zeitpunkt ist dabei das Taktsignal, das über die Taktleitung 12 vom Taktschalter 3 an das Register 4 gelangt. Der Taktschalter 3 wird ebenfalls von der Mikroprozessorsteuerung beeinflußt, und zwar über einen Befehlsvektor 11. Über diesen und den Taktschalter 3 gelangen auch besondere Taktbefehle auf die Taktleitung 7 zum Schieberegister, zum Beispiel um bei einem Betriebsartenwechsel vorübergehend einen schnellen Vorlauf zur Verfügung zu haben und so einen bestimmten Vorgabewert zu erzeugen. Das Register 4 oder die kombinatorische Logik 2 können einen Dekodierer enthalten, welcher die Steuersignale 9 adäquat aufbereitet.

Die Fig. 2 zeigt schematisch eine mögliche Schaltungsanordnung jenes Teils der kombinatorischen Logik, der die Rückkopplungsfunktion für ein n-stufiges duales Schieberegister 1 realisiert. Dieses soll Zykluslängen von jeweils 2^m-1 Takten mit wählbarem m n erzeugen, also die jeweils maximale Länge, die mit einem scheinbar m-stufigen Schieberegister erreichbar ist. Die Erzeugung kürzerer Zyklen aus einem längeren Schieberegister wird nicht angestrebt, weil damit die Eigenschaft der Pseudozufälligkeit mehr und mehr verloren geht. Bekanntlich kann für einen großen Teil der ganzen Zahlen in die maximale Zykluslänge 2^m-1 durch die Addition lediglich zweier Ausgänge des Schieberegisters erhalten werden, jenem der m-ten Zelle mit x((k-m)T), und einem weiteren der j-ten Zelle mit x((k-j)T), wobei 1 j m/2. Nicht möglich ist dies für m = 8, 13, 16, 19, 24, 26, 27, 32 usw. Das Realisierungsbeispiel geht davon aus und nimmt dieses Defizit in Kauf, das aber selbstverständlich durch eine Erweiterung der Schaltung überwunden werden könnte. Die Ausgänge des Schieberegisters 1 mit den jüngeren Werten x((k-1)T), abgekürzt x1, bis x((k-h)T), abgekürzt xh, mit h = n/2 für gerades n und h = (n+1)/2 für ungerades n sind an einen "Eins aus h Multiplexer" 21 geführt. Dessen Adreßeingang 22 - ein Teil der Steuersignale 9 - bestimmt, welches Signal j der h Signale an den Ausgang 23 durchgeschaltet wird. Alle Ausgänge von x2 bis xn sind an einen "Eins aus n-1 Multiplexer" 25 geführt. Dessen Adreßeingang 26 - ein weiterer Teil der Steuersignale 9 - bestimmt durch die Auswahl von xm, das an den Ausgang 27 durchgeschaltet wird, die scheinbare Länge m des Schieberegisters mit m n. Die beiden Ausgänge sind über einen Modulo-Summierer, hier ein Exklusiv-Oder-Tor 24, miteinander verknüpft, dessen Ausgang die Rückführung 6 zum Schieberegister bildet. Diese Schaltung mit wenig logischen Stufen ist sehr schnell.

Zur Überwindung der beschriebenen Einschränkung bietet sich beispielsweise eine Schaltung in der Art an, wie sie in Fig. 3 gleichsam als Maximallösung gezeichnet ist. Die Adresse 33 steuert eine Durchschaltungsstufe, hier eine Mehrfach-UND-Tor-Schaltung 34, und bestimmt, welche der sämtlichen Ausgänge xi an den Modulo-Summierer 31 durchgeschaltet sind. Die Adresse 33 stammt aus dem Register 4, allenfalls unter Zwischenschaltung eines Kodierers/Dekodierers. Das Resultat erscheint am Ausgang 32 des Summierers 31, welch ersterer zum Schieberegister- Eingang zurückgekoppelt ist, falls die Vorrichtung die Rückkopplungsfunktion realisiert, oder andernfalls zum Generator-Ausgang gehört. Die Schaltung von Fig. 3 eignet sich nämlich insbesondere auch für die Erzeugung beliebiger Ausgangsfolgen y(kT) von gleicher Periodizität aber anderer Wertfolge als jener im Schieberegister, wobei auch das Schieberegister-Eingangssignal x(kT) zum Modulo-Summierer 31 durchgeschaltet werden kann. Weiter ist es mit einer zeitlichen Multiplexierung möglich, während eines Schieberegistertakts mehrere Ausgangswerte zu berechnen.

Die in den Fig. 2 und 3 vorgestellten Möglichkeiten haben Beispielcharakter. Selbstverständlich sind der jeweiligen Aufgabe angepaßte Lösungen, insbesondere auch als Mischform der zwei dargelegten Beispiele, möglich und anzustreben. Es bleibt dem Fachmann überlassen, hierzu die geeignete Realisierung zu finden.

Die Fig. 4 zeigt eine mögliche Verwendung des Pseudozufallsfolgengenerators in einem Ereigniszahlbegrenzer. Hierbei geht es darum, ein zählbares Ereignis nach einer zufälligen Anzahl des Eintretens zu stoppen bzw. von neuem mit dem Zählen zu beginnen und dieses fortzusetzen, bis erneut eine zufällige Zahl von Ereignissen eingetreten ist, und so weiter. Die Vorrichtung kann beispielsweise als Steuerung in einem Testgerät dienen, in welchem ein Ereignis wiederholt w mal eintreten soll, wobei w eine Zufallszahl ist - ähnlich dem Würfeln. Das zählbare Ereignis liege in Form von Taktimpulsen vor, die über den Zähleingang 16 an den Ereigniszähler 15 gelangen. Der Pseudozufallsfolgengenerator 20 erzeugt parallel Pseudozufallsfolgen 10, deren Werte auf einen nicht gezeichneten Lesebefehl hin als Startwerte in den Zähler 15 geladen werden. Der Zähler zählt nun die am Zähleingang 16 ankommenden Zählereignisse so lange, bis die voreingestellte Pseudozufallszahl abgearbeitet ist, was durch ein Signal 17 angezeigt wird. Dieses Signal wird als Teil des Befehlsvektors 11 an den Pseudozufallsfolgengenerator 20 geleitet, wo es einen Schiebebefehl für letzteren bewirkt. Es werden also neue Werte der erzeugten Pseudozufallsfolgen 10 ausgegeben und auf einen entsprechenden Lesebefehl hin in den Zähler 15 geladen, worauf der Vorgang von neuem beginnen kann.

Claims (5)

1. Pseudozufallsfolgengenerator (20) mit einem rückgekoppelten Schieberegister (1) mit Parallelausgängen und einer kombinatorischen Logik (2) zur Erzeugung des Rückkopplungssignals (6) für das Schieberegister (1) und der Folgen (10) aus den Schieberegister-Ausgängen, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinatorische Logik (2) in der Rückkopplung mehrere unterschiedliche Rückkopplungsfunktionen realisieren kann, wovon jeweils eine durch Steuersignale (9) festgelegt wird, die aus einem Register (4) aktiviert werden.

2. Pseudozufallsfolgengenerator (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Register (4) aktivierten Steuersignale (9) in der kombinatorischen Logik (2) auch die Erzeugung der Zufallsfolgen (10) aus den Schieberegister-Ausgängen beeinflußt.

3. Pseudozufallsfolgengenerator (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberegister- Ausgänge auf zwei Multiplexer (21, 25) geführt sind und die zwei Multiplexer-Ausgänge (23, 27) über einen Modulo- Summierer (24) verknüpft das Rückkopplungssignal (6) bilden.

4. Pseudozufallsfolgengenerator (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberegister- Ausgänge und der Schieberegister-Eingang über eine adressierbare Durchschaltungsstufe (34) selektiv auf einen Modulo-Summierer (31) geführt sind und dessen Ausgang (32) das Rückkopplungssignal (6) oder eine Ausgangsfolge (10) erzeugt.

5. Pseudozufälliger Ereigniszahlbegrenzer mit einem Pseudozufallsfolgengenerator (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte dem erzeugten Pseudozufallsfolgen (10) als Startwerte in einen Ereigniszähler (15) geladen werden, der nach Abzählen der eingestellten Zahl von Ereignissen ein Signal (17) erzeugt, das gleichzeitig den Pseudozufallsfolgengenerator (20) veranlaßt, einen nächsten Wert der Folge auszugeben.