RU1820386C - Устройство дл мажоритарного выбора асинхронных сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано в высоконадежных системах управлени  реального времени. Цель изобретени  - расширение класса решаемых задач. Сущность изобретени  состоит в адаптации к классу решаемых резервированными каналами задач , В устройстве предусматриваетс  два режима работы: в первом устройство обрабатывает сигналы, а во втором определ ет максимальное врем  расхождени  сигналов . Устройство содержит два генератора констант, два мажоритарных элемента, четыре одновибратора, регистр, семь .элементов И, семь элементов ИЛИ, п ть блоков сравнени  и три счетных узла, каждый из которых содержит п ть триггеров, счетчик, п ть элементов И, элемент ИЛИ. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано в высоконадежных системах управлени  реального времени.

Цель изобретени  - расширение области применени  устройства за счет адаптации к классу решаемых резервируемыми каналами задач.

На фиг. 1 и 2 приведена функциональна  схема устройства.

.-- Устройство дл  мажоритарного выбора асинхронных сигналов содержит первый 1., второй 2, четвертый 4 и третий 3 счетчики, регистр 5, третий 6, второй 7, первый 8 триггеры , первый 9 и второй 10 генераторы константы , первый 11, второй 12, третий 13, четвертый 14 и п тый 15 блоки сравнени , преобразователь кодов 16, первый 17 и второй 18 мажоритарные элементы, первый 19, второй 20, третий 22, четвертый 21, п тый 23, седьмой24 элементы И, элемент ИЛ И 25, первый 26, второй 27, третий 28, п тый 29, четвертый 30. шестой 31 элементы ИЛИ, шестой элемент И 32, второй 33, первый 34. третий 35, четвертый 36 одновибрзторы, коммутаторы 37, выход 38 регистра 5, выходы 39.1-39.3 преобразовател  кодов, первый 40, второй 41, третий 42 счетные узлы, в каждом счетном узле счетчик 43, первый 44, второй 45, четвертый 46, п тый 47. третий 48 триггеры, п тый 49, первый 50, второй 51, третий 52, четвертый 53 элементы И, элемент ИЛИ 54, выход 55 элемента И 49, первый 56, второй 57, третий 58 информационные входы устройства, вход 59 синхронизации , информационный выход 60 устройства.

00

ю

О СО

со о

Коммутатор 37 предназначен дл  пропуска кода с выхода счетчика 43 одного из счетных узлов. Управл ющими сигналами дл  коммутатора 37  вл ютс  сигналы с выхода преобразовател  кодов 16.

Счетные узлы 40-42 предназначены дл  определени  времени расхождени  прихода сигналов по входам 56-58. Причем счет- ный узел 40 считает это врем  в предположении, что первым пришел сигнал по входу 56.

Счетный узел 41 - в.предположении, что первым пришел сигнал по входу 57.А, счетный узел 42 - в предположении, что первым пришел сигнал по входу 58. Счетные узлы 40-42 имеют идентичную структуру, поэтому на фиг. 1 показан только один узел. Различие заключаетс  только в подключении информационных входов 56-58. В счетном узле 40 вход 56 подключен к входам триггеров 44 и 45, а входы 57 и 58 - к входам элементов И 52 и 53 соответственно. В счетном узле 41 вход 57 подключен к входам триггеров 44 и 45, а входы 56 и 58 - к входам элементов И 52 и 53 соответственно. В счетном узле 42 вход 58 подключен к входам триггеров 44 и 45, а входы 56 и 58 - к входам элементов И 52 и 53 соответственно.

Устройство функционирует следующим образом.

В начальном состо нии все элементы пам ти наход тс  в нулевом состо нии. В регистр 5-заноситс  предполагаемый дл  начального режима работы резервируемых блоков код максимального допустимого времени расхождени  сигналов (цепи записи этого кода в регистр 5 на схеме условно не показаны). На выходе 61 генератора константы 9 выдаетс  код максимального допустимого значени  числа ошибок каналов за определенный интервал времени. Этот интервал времени задаетс  в виде относительных единиц значением на выходе 62 того же генератора константы 9. На выходе генератора константы 10 - код необходимого числа повторений вычислений при определении максимального времени расхождени  сигналов по информационным входам. Цепи установки устройства в исходное состо ние на схеме условно не показаны,

Устройство работает в двух режимах:

а) режим обработки сигналов с информационных входов 56-58;

б) режим определени  максимально допустимого времени расхождени  сигналов по информационным входам 56-58.

В режим б из режима а устройство переходит автоматически, после того как число ошибок, поступающих от каналов за

определенный интервал времени, превысит заданный предел. В режим а из режима б устройство также переходит автоматически после того, как будет определено максимально допустимое врем  расхождени  сигналов .

В начальном состо нии устройство находитс  в режиме а. Рассмотрим, как устройство обрабатывает сигналы с

информационных входов 56-58.

Пусть первым пришел сигнал по входу 56. Передний фронт этого сигнала установит триггер 44 в единичное состо ние, одновременно с этим этот сигнал, пройд  через элемент ИЛИ 25, поступит на вход установки в единицу триггера 6. По заднему фронту очередного импульса с входа 59 триггер 6 установитс  в единичное состо ние. Передний фронт единичного сигнала с его пр мого

выхода перепишет в счетчик 3 значение предполагаемого кода времени максимального времени рассогласовани  сигналов, хран щийс  в регистре 5. Этот же сигнал разрешает .работу счетчика 3 в режиме вычитани  импульсов с входа 59. Начинаетс  отсчет максимально допустимого времени расхождени  сигналов по входам 56-58.

Далее возможны два варианта работы устройства:

1. За максимально допустимое врем  рассогласовани  сигналов по входам 57 и 58 Поступает хоть один единичный сигнал.

2. За максимально допустимое врем  рассогласовани  по входам 57 и 58 не поступает ни одного единичного сигнала.

1-й вариант. При поступлении второго

сигнала, допустим по входу 57, триггер 44 в

счетном узле 41 установитс  в единичное

состо ние. В результате этого на выходе

мажоритарного элемента 17 по вл етс  единичный сигнал, который поступает через элемент И19 на выход 60 устройства в виде информационного. По заднему фронту сигнала с входа 57 триггер 45 в счетном узле 41

переводитс  в единичное состо ние. На выходе мажоритарного элемента по вл етс  единичный сигнал, который закрывает элемент И19. На выходе 60 заканчиваетс  формирование информационного сигнала.

Таким образом, на выходе 60 формируетс  сигнал, равный длительности сигнала, поступившего вторым на входы 56-58. По истечении максимально допустимого времени рассогласовани  сигналов счетчик 3 обнулиетс . На выходе элемента ИЛИ 31 формируетс  задний фронт единичного сигнала, который запускает одновибратор 36. Импульс с его выхода установит счетные узлы 40-42. а также триггер 6 в исходное (нулевое ) состо ние.

2-ой вариант. Если за максимально допустимое врем  расхождени  сигналов не поступило хот  бы двух единичных сигнала, то сигнал, пришедший по одному информационному входу, считаетс  ложным. На выход 60 в этом случае информационный сигнал не выдаетс . По истечении максимально допустимого времени рассогласовани  сигналов выдаетс  сигнал с выхода одновибратора 36. который установит счетные узлы 40-42 в исходное состо ние.

Но во врем  работы резервируемых блоков может измен тьс  максимальное врем  рассогласовани  приходов сигналов. Это может происходить при переходе от одного класса задач к решению задач другого класса, требующих другого времени решени . Фиксированный интервал максимального времени рассогласовани  может нарушить алгоритм формировани  выходного сигнала. Поэтому в устройстве предусмотрено изменение этого интервала в соответствии с измен ющимс  временем поступлени  информационных сигналов на входы 56-58. Происходит это следующим образом.

В устройстве есть три счетных узла, каждое из которых считает максимальное врем  расхождени  прихода сигналов относительно других входов. Счетный узел 40 определ ет это врем , счита  что сигнал по входу 56 пришел первым. Счетный узел 41 предполагает, что сигнал по входу 57 пришел первым. Счетный узел 42 предполагает, что сигнал по входу 58 пришел первым.

Так как сигнал только по одному входу может прийти первым, то один счетный узел правильно просчитает максимальное врем  расхождени  сигналов, а два других просчи- тают это врем  относительно сигналов из следующих тактов, Следовательно, после того, как во всех счетных узлах 40-42 закончитс  процесс определени  времени расхождени  сигналов, достоверное врем  будет в том счетном узле, в котором это врем  минимально.

На фиг. 3 показан случай, когда первым приходит сигнал по входу 56.

Дл  определени  максимально допустимого времени расхождени  сигналов устройство переходит в режим б. Переход из режима а в режим б осуществл етс  следующим образом.

Критерием начала перехода в данном устройстве прин то превышение числа сбоев резервированных блоков, зафиксирован- ных устройством, за определенный интервал времени, т.е. когда максимальное врем  расхождени  сигналов, зафиксированное в регистре 5, становитс  не пригодным , то неизбежно возникновение ситуаций ложных сбоев каналов. В устройстве фиксируетс  два типа сбо  канала.

Первый: канал не выдает сигнал за мак- 5 симальное врем  расхождени  нескольких сигналов. Эта ситуаци  вы вл етс  с помощью элемента И 51.

Сигналы сбоев от всех каналов собираютс  по ИЛИ на элементе ИЛИ 26. Сигнал

0 сбо  (от любого канала), пришедший первым , установит триггер 8 в единичное состо ние . Единичный сигнал с его пр мого выхода разрешает работу элементов И 20 и 21, С выхода элемента И 20 первый сигнал

5 поступает на суммирующий вход счетчика 1. После этого на выходе элемента ИЛИ 27 по вл етс  передний фронт единичного сигнала, по которому произойдет запись в счётчик 2 значени , требуемого дл  провер0 ки каналов времени с выхода 62 генератора константы 9. Импульсы с выхода элемента И 21 поступают на вычитающий вход счетчика 2. Начинаетс  отсчет времени проверки каналов. Таким образом, на

5 суммирующий вход счетчика 1 поступают сигналы сбоев каналов, а на вычитающий вход счетчика 2 -импульсы, отсчитывающие врем  проверки каналов. После того, как счетчик 2 закончит отсчет времени, он уста0 навливаетс  в нулевое состо ние. На выходе элемента ИЛИ 28 по вл етс  нулевой сигнал, который опрашивает элемент И 22. Если в это врем  в счетчике 1 записано значение, превышающее код, поступающий

5 с выхода 61 генератора константы 9, то на выходе элемента сравнени  11 будет единичный сигнал, который, пройд  через открытый элемент И 22, запустит одновибратор 33. Сигнал с выхода одновиб0 ратора 33 установит триггер 7 в единичное состо ние, фиксиру  тем самым переход в режим б. Если же в момент по влени  нулевого сигнала на выходе элемента ИЛИ 28 в счетчике 1 записано значение, не превышэ5 ющее код с выхода 61 генератора константы 9, то на выходе элемента сравнени  будет нулевой сигнал. Задний фронт единичного сигнала с выхода элемента ИЛИ 28 запустит одновибратор 34 и сигнал с его выхода уста0 нов.ит триггер 8 и счетчик 1 в нулевое состо ние .

В режим б единичный сигнал с выхода триггера 7 запрещает работу элементов И 5 20 и 21 разрешает работу элементов И 52 и БЗ в счетных узлах 40-42. Кроме того, передний фронт этого сигнала произведет запись в счетчик 4 кода необходимого числа повторов определени  максимального времени рассогласование сигналов.

Рассмотрим, как определ етс  врем  расхождени  сигналов в счетном узле 40. Счетные узлы 40 и 42 работают аналогично, но относительно входов 57 и 58 соответственно .

Сигнал с входа 56 устанавливает своим передним фронтом триггер 44 в единичное состо ние. Единичный сигнал с его пр мого выхода открывает элемент И 49 дл  импульсов с входа 59 на счетный вход счетчика 43. Начинаетс  отсчет времени рассогласовани  сигналов. Своим задним фронтом сиг- чал с входа 56 устанавливает триггер 45 в единичное состо ние. Открываетс  элемент И 51. Теперь любой импульс с входа 56 пройдет через элементы И 51 и ИЛИ 54 на установку счетного узла 43 в исходное состо ние , так как до прихода сигналов по входам 57 и 58 по входу 56 поступил второй сигнал. Это означает, что первый сигнал был ложным. При этом триггеры 44 и 45 остаютс  в единичном состо нии, начина  отсчет времени от второго сигнала. Если же второй импульс по входу 56 не поступает, то сигналы с входов 57 и 58 своими задними фронтами устанавливают триггеры 46 и 47 соответственно в единичное состо ние. После того как на двух входах установки в единицу триггера 48 по вл ютс  единичные сигналы, очередной импульс с входа 59 переведет его в единичное состо ние. Это означает , что после прихода сигнала по входу 56 поступили сигналы по входами 57 и 58, а поэтому необходимо прекращать процесс определени  времени рассогласовани  прихода сигналов. Нулевой сигнал с инверсного выхода триггера 48 запрещает работу счетчика 43.

Коды с выходов счетчиков 43 всех счетных узлов 40-42 поступают на сравнивающие устройства 13- 15. На этих устройствах 13-15 происходит попарное сравнение кодов , Результаты сравнени  поступают на входы преобразовател  кодов 16. Преобразователь кодов 16 измен ет код таким образом , чтобы коммутатор 37 не был открыт дл  минимального кода. Потому что как это уже отмечалось выше, только этот код  вл етс  достоверным. Но проход кода через коммутатор 16 разрешаетс  только в том случае, когда все счетные узлы 40-42 закончили процесс определени  времени расхождени  сигналов, о чем свидетельствует единичный сигнал с выхода элемента И 23. Этот сигнал открывает элемент И 32 и очередной импульс с входа 59 пройдет на его выход и опросит элемент И 24. Если с выхода коммутатора 37 поступает код, больший, чем код, записанный в регистре 5, то на выходе элемента сравнени  12 будет единичный сигнал , который и откроет элемент И 24. Импульс с выхода элемента И 24 передним фронтом запишет в регистр 5 код времени с выхода коммутатора 37. Сигнал с выхода

элемента И 32, кроме того, установит все счетные узлы 40-42 в исходное (нулевое) состо ние, а содержимое счетчика 4 уменьшит на единицу. Но код, записанный в регистре 5. ; нельз  считать кодом

максимального времени рассогласовани  прихода сигналов, так как он был определен в течение одного цикла. Поэтому после определени  кода времени расхождени  и записи его в регистр 5, счетные узлы 40-42

вновь начинают подсчет времени расхождени  сигналов.

После определени  очередного кода вновь на выходе элемента И 23 по вл етс  единичный сигнал. Очередной импульс с выхода 59 п риходит через отк рыты и э л еме нт И 32. Этот импульс опрашивает элемент И 24. Если код. поступающий с выхода коммутатора 37, превышает код, хран щийс  в регистре 5, то элемент И 24 будет открыт и в

регистр 5 запишетс  новый код. В регистр 5 будет переписыватьс  значение большего из кодов, определ емых в каждом периоде, так как Определ етс  максимально допустимое врем  расхождени  сигналов. После

каждого периода определени  кода времени расхождени  сигналов содержимое счетчика 4 уменьшаетс  на единицу. Когда содержимое счетчика 4 становитс  равным нулю (просчитаны необходимое число раз

коды времени расхождени  сигналов) на выходе элемента ИЛИ 29 по вл етс  нулевой сигнал, запускаетс  одновибратор 35 и триггер 7 возвращаетс  в нулевое состо ние. Устройство переводитс  в режим а. при

этом в регистре 5 будет записан модифицированный код максимально допустимого времени расхождени  сигналов.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и   Устройство дл  мажоритарного выбора асинхронных сигналов, содержащее первый и второй мажоритарные элементы, подключенные выходами соответственно к пр мому и инверсному входам первого элемента И, выход которого  вл етс  информационным выходом устройства, коммутатор, первый , второй и третий элементы ИЛ И, первый триггер и три счетных узла, каждый из которых включает второй и третий триггеры, со- единенные выходами с соответствующими входами соответственно первого и второго мажоритарных элементов, единичные входы вторых триггеров первого, второго и третьего счетных узлов  вл ютс  соответствующими информационными входами устройства , отличающеес  тем. что, с целью расширени  класса решаемых задач, а устройство введены четыре счетчика, два генератора констант, два триггера, регистр, шесть элементов И, семь элементов ИЛИ. четыре одновибратора, п ть блоков сравнени , а в каждый счетный узел введены три триггера, счетчик, п ть элементов И, элемент ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с единичным входом первого триггера и с первым входом второго элемента И, подключенного вторым входом к первому входу третьего элемента И и к пр мому выходу первого триггера, соединенного нулевым входом с выходом первого одновибратора и с входом обнулени  первого счетчика, подключенного счетным входом к выходу второго элемента И, а группой выходов - к входам второго элемента ИЛИ и к первой группе информационных входов первого блока сравнени , св занного второй группой информационных входов с первой группой выходов первого генератора констант, подключенного второй группой выходов к группе информационных входов второго счетчика, соединенного входом вычитани  с выходом третьего элемента И, входом разрешени  записи - с выходом второго элемента ИЛИ. а группой выходов - с входами третьего элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу запуска первого одновибратора и к инверсному входу четвертого элемента И, соединенного пр мым входом с выходом первого блока сравнени , а выходом - с входом запуска второго одно- вибратора, подключенного выходом к первому входу четвертого элемента ИЛИ и к единичному входу четвертого триггера, подключенного нулевым входом к выходу треть- его одновибратора, а пр мым выходом - к инверсным входам второго и третьего элемента И, к первым входам п того и шестого элементов И первого счетного узла, к инверсному , единичному входу п того триггера и к входу разрешени  записи четвертого счетчика , соединенного группой информационных входов с группой выходов второго генератора констант, группой выходов - с входами четвертого элемента ИЛИ. выход которого подключен к входу запуска третьего одновибратора, вычитающий вход четвертого счетчика св зан с выходом седьмого элемента И. с первым входом восьмого элемента И и вторым входом четвертого элемента ИЛИ. подключенного третьим входом к выходу четвертого одно- вибратора, соединенного входом запуска с выходом п того элемента ИЛИ. подключенного входами к группе выходов третьего счетчика, св занного входом разрешени 

записи и входом разрешени  счета с пр мым выходом п того триггера, вычитающим входом - с первым входом седьмого элемента И и входом синхронизации п того тригге- 5 ра, а группой информационных входов - с группой выходов регистра и первой группой информационных входов второго блока сравнени , подключенного выходом к второму входу восьмого элемента И. св занно0 го выходом с входом разрешени  записи регистра, подключенного группой информационных входов к второй группе информационных входов второго блока сравнени  и

к группе выходов коммутатора, св занного

5 первым, вторым и третьим управл ющими входами с соответствующими выходами преобразовател  кодов, первой группой информационных входов - с группой выходов п того счетчика первого счетного узла, с

0 первой группой информационных входов третьего блока сравнени  и с первой группой , информационных входов четвертого блока сравнени , второй группой информационных входов - с группой выходов п того

5 счетчика второго счетного узла, с первой группой информационных входов п того блока сравнени  и второй группой информационных входов третьего блока сравнени , а третьей группой информационных

0 входов - с группой выходов п того счетчика третьего счетного узла, второй группой информационных входов четвертого блока сравнени  и второй группой информационных входов п того блока сравнени , выход

5 седьмого элемента ИЛИ подключен к единичному входу п того триггера, в каждом счетном узле пр мой выход второго триггера св зан с соответствующим входом седьмого элемента ИЛИ, с вторым входом

0 дев того элемента И. инверсным входом дес того элемента И, вторыми входами п того и шестого элементов И, а нулевой вход второго триггера соединен с первым входом восьмого элемента ИЛИ, нулевым входом

5 п того триггера, выходом четвертого элемента ИЛИ. вторым входом дес того элемента И и с нулевым входом третьего триггера, в каждом счетном узле единичный вход второго триггера объединен с первым

0 входом одиннадцатого элемента И и с единичным и синхронизирующим входами третьего триггера и  вл етс  одноименным информационным входом узла, а третий вход п того элемента И и третий вход шес5 того элемента И  вл ютс  разноименными информационными входами узла, пр мой выход третьего триггера подключен к второму входу одиннадцатого элемента И, соединенного выходом с соответствующим входом первого элемента ИЛИ и вторым

входом восьмого элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу обнулени  п того счетчика и входам обнулени  шестого, седьмого и восьмого триггеров, объединенные единичный и синхронизирующий входы шестого и седьмого триггеров св заны с выходами соответственно п того и шестого элементов И, а пр мыми выходами - соответственно с первым и вторым единичными входами восьмого триггера, подключенного синхронизирующим входом к выходу дев того элемента И и счетному входу п того счетчика, инверсным выходом - к входу раз0

решени  счета п того счетчика, а пр мым выходом - к инверсному входу одиннадцатого элемента И и к соответствующему входу двенадцатого элемента И, подключенного выходом к второму входу седьмого элемента И, выход дес того элемента И каждого счетного узла соединен с соответствующим входом первого элемента ИЛИ, второй вход дев того элемента И подключен к второму входу третьего элемента И и третьему входу второго элемента И и  вл етс  синхронизирующим входом устройства.

te/

№етнйе устройс/лДо 4f

вче/лное устройс/ $о 42 Фиг.д

Счетное устройство 40