RU2379828C1 - Backup counter - Google Patents

Backup counter Download PDF

Info

Publication number
RU2379828C1
RU2379828C1 RU2008138723/09A RU2008138723A RU2379828C1 RU 2379828 C1 RU2379828 C1 RU 2379828C1 RU 2008138723/09 A RU2008138723/09 A RU 2008138723/09A RU 2008138723 A RU2008138723 A RU 2008138723A RU 2379828 C1 RU2379828 C1 RU 2379828C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
counter
channel
output
input
inputs
Prior art date
Application number
RU2008138723/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Яковлевич Леденев (RU)
Геннадий Яковлевич Леденев
Борис Михайлович Сухов (RU)
Борис Михайлович Сухов
Сергей Николаевич Ефимов (RU)
Сергей Николаевич Ефимов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2008138723/09A priority Critical patent/RU2379828C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2379828C1 publication Critical patent/RU2379828C1/en

Links

Landscapes

  • Logic Circuits (AREA)
  • Hardware Redundancy (AREA)

Abstract

FIELD: physics; computer engineering.
SUBSTANCE: invention can be used in computer and pulse engineering for counting and processing digital information. The device consists of m channels, each of which contains an n-bit counter, a unit of n majority decision elements and series-connected majority decision element and monostable multivibrator, as well as a first, second and mth shift register. Any random failure occurring during operation in any channel of the backup counter will be countered in time T (input pulse period) by restoring correct information in each of the n-bit counters (5).
EFFECT: simple circuit design of the device.
1 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительной и импульсной технике и может быть использовано при построении высоконадежных резервированных систем для счета и обработки цифровой информации.The invention relates to computing and pulse technology and can be used to build highly reliable redundant systems for counting and processing digital information.

Известен резервированный счетчик импульсов, описание которого приведено в [1]. Устройство содержит 3 пары входных шин и 3 канала, каждый из которых содержит разряды, включающие триггер, два элемента И и мажоритарный элемент.Known redundant pulse counter, a description of which is given in [1]. The device contains 3 pairs of input buses and 3 channels, each of which contains bits, including a trigger, two AND elements and a majority element.

Это устройство позволяет выдавать истинную информацию при наличии сбоев меньше чем мажоритарное число М [М=(m+1):2] в каждом резервированном разряде счетчика. Но с накоплением сбоев их число в одном разряде может превысить число М, вследствие чего информация в счетчике станет ложной, что недопустимо. Сам счетчик не проводит восстановление информации в разряде, потерпевшем сбой. Вероятность сбоя резервированного счетчика значительно возрастает, если время работы этого счетчика достаточно велико.This device allows you to give true information in the presence of failures less than the majority number M [M = (m + 1): 2] in each reserved digit of the counter. But with the accumulation of failures, their number in one category can exceed the number M, as a result of which the information in the counter becomes false, which is unacceptable. The counter itself does not recover information in the category that failed. The probability of failure of the redundant counter increases significantly if the operating time of this counter is sufficiently long.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является резервированный счетчик импульсов [2], содержащий m каналов, а в каждом канале n-разрядный счетчик, блок из n мажоритарных элементов и последовательно соединенные мажоритарный элемент и одновибратор, выход которого соединен с входом С n-разрядного счетчика, вход D параллельной записи которого подключен к выходной шине блока из n мажоритарных элементов, а входы мажоритарного элемента каждого канала подключены к входам каналов резервированного счетчика.The closest technical solution to the proposed one is a redundant pulse counter [2], containing m channels, and in each channel an n-bit counter, a block of n majority elements and series-connected majority element and one-shot, the output of which is connected to the input C of the n-bit counter , the parallel recording input D of which is connected to the output bus of a block of n majority elements, and the inputs of the majority element of each channel are connected to the channel inputs of the redundant counter.

Этот резервированный счетчик импульсов может самостоятельно восстанавливать информацию, потерянную при наличии сбоев, количество которых меньше чем мажоритарное число М [М=(m+1):2] в каждом разряде счетчика.This redundant pulse counter can independently recover information lost in the presence of failures, the number of which is less than the majority number M [M = (m + 1): 2] in each digit of the counter.

Недостаток этого устройства состоит в том, что оно имеет большое число межканальных связей и, как следствие, каждая такая связь требует установки дополнительного согласующего устройства (например, оптрона), так как каждый канал запитывается источником питания, гальванически несвязанным во многих случаях с источником питания других каналов. Кроме того, современные цифровые схемы реализуются на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) с высокой степенью интеграции, позволяющей в одной ПЛИС реализовывать логически сложные схемы. Большое число межканальных связей требует большого числа выводов ПЛИС, что приводит к необходимости использования двух и более ПЛИС или более дорогостоящей ПЛИС с большим количеством выводов.The disadvantage of this device is that it has a large number of inter-channel connections and, as a result, each such connection requires the installation of an additional matching device (for example, an optocoupler), since each channel is powered by a power source that is galvanically disconnected in many cases from the power source of others channels. In addition, modern digital circuits are implemented on the basis of programmable logic integrated circuits (FPGAs) with a high degree of integration, which allows the implementation of logically complex circuits in one FPGA. A large number of inter-channel communications requires a large number of FPGA conclusions, which leads to the need to use two or more FPGAs or a more expensive FPGA with a large number of conclusions.

Задача изобретения - упрощение устройства за счет уменьшения межканальных связей.The objective of the invention is to simplify the device by reducing inter-channel communications.

Эта задача достигается тем, что в резервированный счетчик, содержащий m каналов, а в каждом канале n-разрядный счетчик, блок из n мажоритарных элементов и последовательно соединенные мажоритарный элемент и одновибратор, выход которого соединен с входом С n-разрядного счетчика, вход D параллельной записи которого подключен к выходной шине блока из n мажоритарных элементов, а входы мажоритарного элемента каждого канала подключены к входам каналов резервированного счетчика, в каждый канал введены блок управления, первый, второй и m-й регистры сдвига, при этом в каждом канале выход одновибратора соединен с входом блока управления, первый и второй выходы которого соединены с входами РЕ разрешения параллельной записи n-разрядного счетчика и первого регистра сдвига соответственно, третий выход блока управления соединен с входом С первого регистра сдвига и входами С соответствующих регистров сдвига других каналов, входы D которых соединены с выходом первого регистра сдвига, входы D параллельной записи первого регистра сдвига каждого канала соединены с выходной шиной n-разрядного счетчика и первой входной шиной блока из n мажоритарных элементов, вторая и m-я входные шины которого подключены к выходным шинам соответственно второго и m-го регистров сдвига.This task is achieved by the fact that in a redundant counter containing m channels, and in each channel an n-bit counter, a block of n majority elements and series-connected majority element and one-shot, the output of which is connected to the input C of the n-bit counter, the input is D parallel records of which are connected to the output bus of a block of n majority elements, and the inputs of the majority element of each channel are connected to the inputs of the channels of the redundant counter, a control unit, the first, second and mth registers with moving, in each channel, the output of the single-shot is connected to the input of the control unit, the first and second outputs of which are connected to the PE inputs of the parallel recording of the n-bit counter and the first shift register, respectively, the third output of the control unit is connected to the input C of the first shift register and the inputs From the corresponding shift registers of other channels, the inputs D of which are connected to the output of the first shift register, the inputs D of the parallel recording of the first shift register of each channel are connected to the output bus n-bit with etchika input bus and the first block of n majority of elements, the second and m-I input bus which is connected to the output buses, respectively, the second and m-th shift registers.

На фиг.1 приведена блок-схема резервированного счетчика, где 1 - мажоритарный элемент, 2 - одновибратор, 3 - блок управления, 4 - блок из n мажоритарных элементов, 5 - n-разрядный счетчик, 6, 7 и 8 - первый, второй и m-й регистры сдвига.Figure 1 shows a block diagram of a redundant counter, where 1 is a majority element, 2 is a one-shot, 3 is a control unit, 4 is a block of n majority elements, 5 is an n-bit counter, 6, 7 and 8 are the first, second and mth shift registers.

Резервированный счетчик содержит m каналов, каждый из которых включает мажоритарный элемент 1, одновибратор 2, блок управления 3, n-разрядный счетчик 5, блок из n мажоритарных элементов 4, первый 6, второй 7 и m-й 8 регистры сдвига. В каждом канале соединены последовательно мажоритарный элемент 1 и одновибратор 2, выход которого соединен с входом блока управления 3 и входом С n-разрядного счетчика 5, вход D параллельной записи которого подключен к выходной шине блока из n мажоритарных элементов 4. Входы мажоритарного элемента 1 каждого канала подключены к входам каналов резервированного счетчика. Первый и второй выходы блока управления 3 соединены с входами РЕ разрешения параллельной записи n-разрядного счетчика 5 и первого регистра сдвига 6 соответственно, третий выход блока управления 3 соединен с входом С первого регистра сдвига 6 и входами С соответствующих регистров сдвига других каналов, входы D которых соединены с выходом первого регистра сдвига 6. Входы D параллельной записи первого регистра сдвига 6 каждого канала соединены с выходной шиной n-разрядного счетчика 5 и первой входной шиной блока из n мажоритарных элементов 4, вторая и m-я входные шины которого подключены к выходным шинам соответственно второго 7 и m-го 8 регистров сдвига.The redundant counter contains m channels, each of which includes a majority element 1, a one-shot 2, a control unit 3, an n-bit counter 5, a block of n majority elements 4, the first 6, the second 7 and the mth 8 shift registers. In each channel, the majority element 1 and the one-shot 2 are connected in series, the output of which is connected to the input of the control unit 3 and the input C of the n-bit counter 5, the parallel recording input D of which is connected to the output bus of the block of n majority elements 4. The inputs of the majority element 1 of each channels are connected to the channel inputs of the redundant counter. The first and second outputs of the control unit 3 are connected to the inputs PE for parallel recording of the n-bit counter 5 and the first shift register 6, respectively, the third output of the control unit 3 is connected to the input C of the first shift register 6 and the inputs C of the corresponding shift registers of other channels, inputs D which are connected to the output of the first shift register 6. The inputs D of parallel recording of the first shift register 6 of each channel are connected to the output bus of the n-bit counter 5 and the first input bus of the block of n majority elements 4, second I and m-I input bus which is connected to the output of the second buses respectively 7 and 8 m-th shift registers.

Резервированный счетчик работает следующим образом (для простоты примем m=3 и что все n-разрядные счетчики 6 находятся в нулевом состоянии). Предполагаем, что при поступлении импульса с выхода одновибратора 2 на вход блока управления 3 на его выходах формируются следующие сигналы: на первом выходе формируется импульс P1, разрешающий параллельную запись в n-разрядный счетчик 5 кодовой информации выходной шины блока из n мажоритарных элементов 4, на втором выходе формируется импульс Р2, разрешающий параллельную запись в первый регистр сдвига 6 кодовой информации выходной шины n-разрядного счетчика 5, на третьем выходе формируется последовательность из n импульсов Tn частотой следования Т0. Будем считать, что первым по времени формируется импульс Р2, далее формируется последовательность импульсов Tn и затем формируется импульс P1. Будем также предполагать, что период следования входных импульсов Т>nT0, а за время Т формируются все сигналы с выходов блока управления 3: импульсы Р1, Р2 и последовательность Tn.The redundant counter works as follows (for simplicity we assume m = 3 and that all n-bit counters 6 are in the zero state). We assume that when a pulse arrives from the output of a one-shot 2 to the input of the control unit 3, the following signals are generated at its outputs: a pulse P 1 is formed at the first output, allowing parallel writing to the n-bit counter 5 of the code information of the output bus of the block of n majority elements 4, a pulse P 2 is generated at the second output, allowing parallel writing to the first shift register 6 of the code information of the output bus of the n-bit counter 5; at the third output, a sequence of n pulses T n with a trace frequency vanishing T 0 . We assume that the first in time is the pulse P 2 is formed, then a sequence of pulses T n is formed and then the pulse P 1 is formed . We will also assume that the repetition period of the input pulses is T> nT 0 , and during the time T all signals are generated from the outputs of the control unit 3: pulses P 1 , P 2 and the sequence T n .

Пусть на входы каждого канала резервированного счетчика поступают импульсы, синхронизированные по времени. В этом случае при появлении очередных входных импульсов на выходе мажоритарного элемента 1 каждого канала формируется сигнал, поступающий на вход одновибратора 2, который формирует импульс на входе С n-разрядного счетчика 5 и входе блока управления 3. Этот импульс суммируется с содержимым n-разрядного счетчика 5 и осуществляет запуск программы формирования сигналов P1, Р2 и Tn блоком управления 3. Вырабатываемый первым по времени сигнал Р2 осуществляет параллельную запись в первый регистр сдвига 6 кодовой информации выходной шины n-разрядного счетчика 5. Формируемая далее последовательность Tn из n импульсов поступает на вход С первого регистра сдвига 6 и входы С соответствующих регистров сдвига других каналов и осуществляет передачу кодовой информации с выхода первого регистра сдвига 6 на входы D соответствующих регистров сдвига других каналов. Таким образом, после прохождения n-го импульса последовательности Tn в каждом канале кодовое состояние второго 7 и m-го 8 регистров сдвига будет соответствовать кодовому состоянию n-разрядного счетчика 5 других каналов. В результате на соответствующих входах блока из n мажоритарных элементов 4 каждого канала образуется кодовая информация n-разрядных счетчиков 5 всех каналов (считаем, что блок из n мажоритарных элементов 4 содержит n мажоритарных элементов и в каждом канале входы j-го мажоритарного элемента, j=1, 2,…n, соединены соответственно с выходами j-го разряда n-разрядного счетчика 5 и соответствующих регистров сдвига этого канала).Let pulses synchronized in time arrive at the inputs of each channel of the redundant counter. In this case, when the next input pulses appear at the output of the majority element 1 of each channel, a signal is generated that enters the input of the one-shot 2, which generates a pulse at the input C of the n-bit counter 5 and the input of the control unit 3. This pulse is summed with the contents of the n-bit counter 5 and starts the program for generating signals P 1 , P 2, and T n by the control unit 3. The signal P 2, which is generated first in time, parallel writes the code information of the n-bit output bus to the first shift register 6 about the counter 5. The sequence T n of n pulses that is formed later goes to the input C of the first shift register 6 and the inputs C of the corresponding shift registers of other channels and transmits code information from the output of the first shift register 6 to the inputs D of the corresponding shift registers of other channels. Thus, after the passage of the nth pulse of the sequence T n in each channel, the code state of the second 7 and mth 8 shift registers will correspond to the code state of the n-bit counter 5 of the other channels. As a result, code information of n-bit counters 5 of all channels is generated at the corresponding inputs of a block of n majority elements 4 of each channel (we assume that a block of n majority elements 4 contains n majority elements and the inputs of the jth majority element in each channel, j = 1, 2, ... n, are connected respectively to the outputs of the jth bit of the n-bit counter 5 and the corresponding shift registers of this channel).

На каждом выходе j выходной шины блока из n мажоритарных элементов 4 будет сформировано состояние, соответствующее состоянию большинства j-x разрядов n-разрядных счетчиков 5 всех каналов. Кодовое состояние выходной шины блока из n мажоритарных элементов 4 каждого канала будет соответствовать истинному значению, если по каким-либо причинам число сбоев в любых j-x разрядах не превышает число М [М=(m+1):2]. Формируемый далее блоком управления 3 на втором выходе импульс P1 осуществит запись в n-разрядный счетчик 5 всех каналов кодового состояния блока из n мажоритарных элементов 4. Таким образом, если по каким-либо причинам информация в n-разрядном счетчике 5 какого-либо канала оказалась недостоверной, она будет восстановлена выходным импульсом P1 в момент записи в n-разрядный счетчик 5 всех каналов кодового состояния блока из n мажоритарных элементов 4.At each output j of the output bus of a block of n majority elements 4, a state will be formed corresponding to the state of most jx bits of n-bit counters 5 of all channels. The code state of the output bus of a block of n majority elements 4 of each channel will correspond to the true value if, for some reason, the number of failures in any jx bits does not exceed the number M [M = (m + 1): 2]. The pulse P 1, which is further formed by the control unit 3 at the second output, will write to the n-bit counter 5 all channels of the code state of the block of n majority elements 4. Thus, if for some reason the information in the n-bit counter 5 of any channel turned out to be unreliable, it will be restored by the output pulse P 1 at the time of writing to the n-bit counter 5 of all channels of the code state of a block of n majority elements 4.

Как следует из приведенного выше описания работы резервированного счетчика, возникающий в процессе функционирования случайный сбой в любом из каналов будет парирован в течение времени Т (периода следования входных импульсов) путем восстановления в каждом из n-разрядных счетчиков 5 правильной информации.As follows from the above description of the operation of the redundant counter, a random malfunction arising during operation in any of the channels will be counterbalanced during time T (the period of repetition of input pulses) by restoring the correct information in each of the n-bit counters 5.

Оценим сложность известного [2] и предлагаемого устройства. Предположим, что число n=30. В этом случае для реализации резервированного счетчика по известной схеме [2] потребуется 120 межканальных связей (каждый разряд требует 4-х межканальных связей). Кроме того, для реализации этих связей потребуется установка в каждый канал 60 оптронов. В случае реализации резервированного счетчика на ПЛИС с 64 выводами потребуется установка трех таких ПЛИС вместо одной.We estimate the complexity of the known [2] and the proposed device. Suppose the number n = 30. In this case, to implement a redundant counter according to the well-known scheme [2], 120 inter-channel communications will be required (each bit requires 4 inter-channel communications). In addition, the implementation of these links will require the installation of 60 optrons in each channel. If a redundant counter is implemented on an FPGA with 64 pins, three such FPGAs will be required instead of one.

Для реализации резервированного счетчика по предлагаемой схеме в каждом канале требуется 6 межканальных связей и установка 4-х оптронов (см. чертеж). Реализация резервированного счетчика по предлагаемой схеме может быть выполнена на одной ПЛИС в каждом канале. Иначе предлагаемая схема резервированного счетчика значительно проще известного решения [2] за счет сокращения числа межканальных связей.To implement a redundant counter according to the proposed scheme, each channel requires 6 inter-channel communications and the installation of 4 optocouplers (see drawing). The implementation of the redundant counter according to the proposed scheme can be performed on one FPGA in each channel. Otherwise, the proposed scheme of the redundant counter is much simpler than the known solution [2] by reducing the number of inter-channel communications.

Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренных автором решениях не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". В качестве мажоритарных элементов, счетчиков, регистров сдвига и др. для реализации устройства можно использовать логические элементы цифровых микросхем любых серий, например 564 и т.д.The proposed set of features in the solutions considered by the author was not found to solve the problem and does not follow explicitly from the prior art, which allows us to conclude that the technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step". As the majority elements, counters, shift registers, etc. to implement the device, you can use the logical elements of digital circuits of any series, for example 564, etc.

ЛитератураLiterature

1. Авторское свидетельство СССР №982197, кл. Н03К 21/40, 1982. Резервированный счетчик импульсов.1. USSR author's certificate No. 982197, cl. H03K 21/40, 1982. Redundant pulse counter.

2. Патент Российской Федерации №2103815, кл. 7 Н03К 21/40, 21/10, 23/50 от 27.01.98. Резервированный счетчик.2. Patent of the Russian Federation No. 2103815, cl. 7 Н03К 21/40, 21/10, 23/50 from 01/27/98. Reserved counter.

Claims (1)

Резервированный счетчик, содержащий m каналов, а в каждом канале n-разрядный счетчик, блок из n мажоритарных элементов и последовательно соединенные мажоритарный элемент и одновибратор, выход которого соединен с входом С n-разрядного счетчика, вход D параллельной записи которого подключен к выходной шине блока из n мажоритарных элементов, а входы мажоритарного элемента каждого канала подключены к входам каналов резервированного счетчика, отличающийся тем, что в каждый канал введены блок управления, первый, второй и m-й регистры сдвига, при этом в каждом канале выход одновибратора соединен с входом блока управления, первый и второй выходы которого соединены с входами РЕ разрешения параллельной записи n-разрядного счетчика и первого регистра сдвига соответственно, третий выход блока управления соединен с входом С первого регистра сдвига и входами С соответствующих регистров сдвига других каналов, входы D которых соединены с выходом первого регистра сдвига, входы D параллельной записи первого регистра сдвига каждого канала соединены с выходной шиной n-разрядного счетчика и первой входной шиной блока из n мажоритарных элементов, вторая и m-я входные шины которого подключены к выходным шинам соответственно второго и m-го регистров сдвига. A redundant counter containing m channels, and in each channel an n-bit counter, a block of n majority elements and a series-connected majority element and one-shot, the output of which is connected to the input C of the n-bit counter, the parallel recording input D of which is connected to the block output bus of n majority elements, and the inputs of the majority element of each channel are connected to the inputs of the channels of the redundant counter, characterized in that a control unit, the first, second and mth shift registers are introduced into each channel the volume in each channel, the output of the one-shot is connected to the input of the control unit, the first and second outputs of which are connected to the PE inputs of the parallel recording of the n-bit counter and the first shift register, respectively, the third output of the control unit is connected to the input C of the first shift register and the inputs C of the corresponding registers the shift of other channels, the inputs D of which are connected to the output of the first shift register, the inputs D of parallel recording of the first shift register of each channel are connected to the output bus of the n-bit counter and the first input bus of the block of n majority elements, the second and mth input buses of which are connected to the output buses of the second and mth shift registers, respectively.
RU2008138723/09A 2008-09-29 2008-09-29 Backup counter RU2379828C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008138723/09A RU2379828C1 (en) 2008-09-29 2008-09-29 Backup counter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008138723/09A RU2379828C1 (en) 2008-09-29 2008-09-29 Backup counter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2379828C1 true RU2379828C1 (en) 2010-01-20

Family

ID=42121009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008138723/09A RU2379828C1 (en) 2008-09-29 2008-09-29 Backup counter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2379828C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6910173B2 (en) Word voter for redundant systems
Sogomonyan Self-correction fault-tolerant systems
RU2517295C1 (en) Pulse selector
Almukhaizim et al. Novel hazard-free majority voter for N-modular redundancy-based fault tolerance in asynchronous circuits
RU2379828C1 (en) Backup counter
US7380153B2 (en) Micropipeline stage controller and control scheme
RU2396591C1 (en) Device for majority selection of signals
Szász et al. The Nontrivial Problem of Matching in Redundant Digital Systems
JP2003316599A (en) Integrated circuit
RU2379829C1 (en) Backup counter for generating time marks
Alagoz Hierarchical triple-modular redundancy (H-TMR) network for digital systems
CN111800130A (en) Clock fractional divider module, image and/or video processing module and apparatus
RU2487393C1 (en) Device for inputting command matrix signals
RU2342690C1 (en) Relay regulator
RU2717628C1 (en) Pulse selector
RU2524854C1 (en) Device for detecting and correcting errors in parallel highway
CN102111260B (en) Crossing-clock domain event bidirectional transmitting method and device thereof
JP6109090B2 (en) Serial communication device
RU2706471C1 (en) Pulse selector
RU2580476C1 (en) Control signal generating apparatus (embodiment 2)
RU174640U1 (en) Fault-tolerant digital information converter for discrete process control
US8270557B2 (en) Integrated circuit and method for driving the same
SU839060A1 (en) Redundancy logic device
SU1218386A1 (en) Device for checking comparison circuits
Nair et al. Intelligent selective modular redundancy for online fault detection of adders in FPGA