RU2573758C2 - Programmable logic device - Google Patents
Programmable logic device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2573758C2 RU2573758C2 RU2014116999/08A RU2014116999A RU2573758C2 RU 2573758 C2 RU2573758 C2 RU 2573758C2 RU 2014116999/08 A RU2014116999/08 A RU 2014116999/08A RU 2014116999 A RU2014116999 A RU 2014116999A RU 2573758 C2 RU2573758 C2 RU 2573758C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistors
- group
- input
- inverters
- variables
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для вычисления систем логических функций в программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС).The invention relates to computer technology and can be used to calculate systems of logical functions in programmable logic integrated circuits (FPGA).
Известно программируемое логическое устройство, содержащее первую, вторую и третью группы D-триггеров количеством по m·2n (n - число входных переменных, m - число выходных функций), третью группу D-триггеров количеством 2(n-1)m, группу m(n-1) элементов И, счетчик, группу m·2n элементов И с тремя состояниями на выходе, дешифратор, группу m(n-1) элементов ИЛИ, вторую группу m·2n элементов И с тремя состояниями на выходе и m блоков вычисления функций, каждый блок вычисления функций содержит группу 4·2n элементов И с тремя состояниями на выходе, два D-триггера, Т-триггер, RS-триггер фиксации импульса, пять элементов ИЛИ, три элемента И, четыре инвертора, n групп элементов 2·2 НЕ-И-ИЛИ (в каждую i-ю группу входит 2n-1 элементов, i=1, n), элемент задержки, дополнительную группу элементов И с тремя состояниями на выходе (патент РФ №2146840 от 20.03.2000, кл. G11C 17/00, G06F 7/00).A programmable logic device is known that contains the first, second, and third groups of D-flip-flops of m · 2 n each (n is the number of input variables, m is the number of output functions), the third group of D-flip-flops of 2 (n-1) m, group m (n-1) AND elements, counter, a group of m · 2 n AND elements with three output states, a decoder, a group of m (n-1) OR elements, a second group of m · 2 n AND elements with three output states and m blocks calculation functions, each function calculating unit comprises a
Недостатком известного устройства являются высокие аппаратурные затраты, выраженные в количестве транзисторов, на реализацию логической функции в программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС).A disadvantage of the known device is the high hardware costs, expressed in the number of transistors, for the implementation of a logical function in programmable logic integrated circuits (FPGAs).
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является программируемое логическое устройство, содержащее группу n инверторов, n групп передающих транзисторов (n - число входных переменных) по 2i, i=1, n транзисторов в группе, группу 2n инверторов настройки, выходной инвертор, входы n переменных, группу 2n входов настройки, выход устройства,The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a programmable logic device containing a group of n inverters, n groups of transmitting transistors (n is the number of input variables), 2 i , i = 1, n transistors in a group, a group of 2 n inverters settings, output inverter, inputs of n variables, group of 2 n configuration inputs, device output,
причем затвор каждого нечетного транзистора i-й группы передающих транзисторов i=1, n подключен к выходу i-го инвертора группы n инверторов, затвор каждого четного транзистора i-й группы передающих транзисторов подключен к i-му входу входов n переменных, истоки 2n транзисторов n-ой группы подключены к выходам инверторов группы 2n инверторов настройки, входы которых являются группой 2n входов настройки, стоки четных и нечетных транзисторов n-й группы объединены и подключены к истокам соответствующих 2n-1 транзисторов n-1-й группы, стоки которых объединены и подключены к истокам соответствующих 2n-2 транзисторов n-2-й группы и так далее, стоки двух последних транзисторов 1-й группы объединены и подключены ко входу выходного инвертора, выход которого является выходом устройства, входы n переменных подключены ко входам соответствующих инверторов из группы n инверторов (Строганов А., Цыбин С. Программируемая коммутация в ПЛИС: взгляд изнутри // Компоненты и технологии. - 2010. - № 11. С. 56-62 Рис. 9, 12 [Электронный ресурс]. - URL: http://www.kit-e.ru/articles/plis/2010_11_56.php 12.11.12 г.)moreover, the gate of each odd transistor of the i-th group of transmitting transistors i = 1, n is connected to the output of the i-th inverter of the group of n inverters, the gate of each even transistor of the i-th group of transmitting transistors is connected to the i-th input of the inputs of n variables,
Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является высокая временная сложность проверки работоспособности (диагностирования).A disadvantage of the known device adopted for the prototype is the high temporal complexity of the health check (diagnosis).
Это обусловлено следующими обстоятельствами. Технические средства прототипа ориентированы на реализацию в зависимости от настройки одной конкретной логической функции n переменных в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ). Поэтому для проверки работоспособности в общем случае требуется проверить активирование всех 2n цепочек передающих транзисторов, то есть необходимо 2n шагов (тактов). Все 2n наборов значений переменных для осуществления такой проверки надо фиксировать на соответствующих n входах устройства и оценивать выходную реакцию - реализуемую логическую функцию.This is due to the following circumstances. The technical means of the prototype are oriented towards implementation, depending on the configuration of one particular logical function of n variables in perfect disjunctive normal form (SDNF). Therefore, in order to verify operability, in the general case, it is required to check the activation of all 2 n chains of transmitting transistors, that is, 2 n steps (cycles) are necessary. All 2 n sets of variable values to carry out such a check must be fixed on the corresponding n inputs of the device and the output reaction is evaluated - the implemented logical function.
Кроме того, необходимо проверять реализацию всех функций - на это необходимо
В связи с этим требуется, по существу, полный перебор значений на входах устройства.In this regard, essentially a complete enumeration of the values at the inputs of the device is required.
Задачей изобретения является обеспечение снижения временной сложности проверки работоспособности (диагностирования) путем введения режима «быстрого» диагностирования наряду с режимом обычного диагностирования.The objective of the invention is to reduce the time complexity of a health check (diagnosis) by introducing a "quick" diagnosis mode along with the usual diagnosis mode.
Поставленная задача была решена за счет того, что в заявляемом устройстве, содержащем группу n инверторов переменных, n групп передающих транзисторов (n - число входных переменных) по 2i, i=1, n транзисторов в группе, группу 2n инверторов настройки, выходной инвертор, входы n переменных, 2n входов настройки, выход устройства,The problem was solved due to the fact that in the inventive device containing a group of n variable inverters, n groups of transmitting transistors (n is the number of input variables) 2 i , i = 1, n transistors in the group, a group of 2 n tuning inverters, output inverter, inputs of n variables, 2 n configuration inputs, device output,
причем затвор каждого четного транзистора i-й группы из n групп передающих транзисторов подключен к i-му входу входов n переменных, стоки четных и нечетных транзисторов n-ой группы объединены и подключены к истокам соответствующих 2n-1 транзисторов n-1-й группы, стоки которых объединены и подключены к истокам соответствующих 2n-2 транзисторов n-2-й группы и так далее, стоки двух последних транзисторов 1-й группы объединены и подключены ко входу выходного инвертора, выход которого является выходом устройства, входы n переменных подключены ко входам соответствующих инверторов из группы n инверторов,moreover, the gate of each even transistor of the i-th group of n groups of transmitting transistors is connected to the i-th input of the inputs of n variables, the drains of the even and odd transistors of the n-th group are combined and connected to the sources of the corresponding 2 n-1 transistors of the n-1 group the drains of which are combined and connected to the sources of the corresponding 2 n-2 transistors of the n-2nd group and so on, the drains of the last two transistors of the 1st group are combined and connected to the input of the output inverter, the output of which is the output of the device, the inputs of n variables are connected to the entrance m corresponding inverters from the group of n inverters,
дополнительно введены группа 2 n транзисторов переменных, группа 2n транзисторов отключения настройки, инвертор управления группой транзисторов переменных, транзистор управления тестом, вход задания сигнала, диагностические выходы, вход управления тестом,additionally introduced a group of 2 n variable transistors, a group of 2 n tuning off transistors, a variable transistor control inverter, a test control transistor, a signal reference input, diagnostic outputs, a test control input,
причем истоки 2n транзисторов n-й группы количеством 2n являются диагностическими выходами устройства и подключены к стокам соответствующим из 2n транзисторов группы 2n транзисторов отключения настройки, истоки которых подключены к выходам соответствующих инверторов группы 2n инверторов настройки, входы которых являются группой 2n входов настройки, затворы транзисторов группы 2n транзисторов отключения настройки подключены к затворам нечетных транзисторов группы 2 n транзисторов переменных и к выходу инвертора управления группой транзисторов, а затворы четных транзисторов группы 2 n транзисторов переменных подключены ко входу управления тестом, входу инвертора управления группой транзисторов переменных, вход задания сигнала подключен к истоку транзистора управления тестом, сток которого подключен ко входу выходного инвертора, а затвор транзистора управления тестом подключен ко входу управления тестом.moreover, the sources of 2 n transistors of the nth group of 2 n are the diagnostic outputs of the device and are connected to the drains corresponding to 2 n transistors of the
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, следующие:Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the claimed invention, the following:
содержит группу n инверторов переменных, n групп передающих транзисторов (n - число входных переменных) по 2i, i=1, n транзисторов в группе, группу 2n инверторов настройки, выходной инвертор, входы n переменных, 2n входов настройки, выход устройства.contains a group of n variable inverters, n groups of transmitting transistors (n is the number of input variables) of 2 i , i = 1, n transistors in a group, a group of 2 n tuning inverters, an output inverter, n variable inputs, 2 n tuning inputs, a device output .
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, следующие: содержит группу 2 n транзисторов переменных, группу 2n транзисторов отключения настройки, инвертор управления группой транзисторов переменных, транзистор управления тестом, вход задания сигнала, диагностические выходы, вход управления тестом.The features of the proposed technical solution, distinguishing from the prototype, are as follows: contains a group of 2 n variable transistors, a group of 2 n tuning off transistors, a control group of variable transistors, a test control transistor, a signal input, diagnostic outputs, a test control input.
Отличительные признаки в сочетании с известными позволяют снизить временную сложность проверки работоспособности (диагностирования) путем одновременной проверки всех транзисторов в n группах передающих транзисторов с помощью дополнительных транзисторов переменных, используя группу 2n транзисторов отключения настройки, инвертор управления группой транзисторов переменных, вход управления тестом, вход задания сигнала, диагностические выходы, вход управления тестом.Distinctive features in combination with the known ones reduce the time complexity of operability (diagnosis) testing by simultaneously checking all transistors in n groups of transmitting transistors using additional variable transistors, using a group of 2 n tuning transistors, an inverter controlling a group of variable transistors, a test control input, an input signal settings, diagnostic outputs, test control input.
Введение группы 2 n транзисторов переменных позволяет обеспечить активировапие (установку в состояние логической единицы) затворов всех или отдельных транзисторов в n группах передающих транзисторов сигналами на входах n переменных.The introduction of a group of 2 n transistors of variables allows one to provide activation (setting to a state of a logical unit) of the gates of all or individual transistors in n groups of transmitting transistors by signals at the inputs of n variables.
Введение группы 2n транзисторов отключения настройки позволяет отключать выходы инверторов группы 2n инверторов настройки для оценки результатов подачи реверсного сигнала одновременно по всем транзисторам в n группах передающих транзисторов.The introduction of a group of 2 n tuning off transistors allows you to disable the outputs of the inverters of a group of 2 n tuning inverters to evaluate the results of supplying a reverse signal simultaneously for all transistors in n groups of transmitting transistors.
Введение инвертора управления группой транзисторов переменных позволяет блокировать выходы инверторов в группе n инверторов переменных для обеспечения «быстрого» диагностирования.The introduction of an inverter to control a group of variable transistors allows you to block the outputs of inverters in a group of n variable inverters to provide a “quick” diagnosis.
Введение транзистора управления тестом позволяет во время режима «быстрого» диагностирования подавать реверсный сигнал, проходящий по всем транзисторам в n группах передающих транзисторов со входа задания сигнала.The introduction of the test control transistor allows during the “quick” diagnostic mode to apply a reverse signal passing through all the transistors in n groups of transmitting transistors from the input of the signal reference.
Введение входа задания сигнала позволяет подавать тестовый сигнал «единица» или «ноль» через транзистор управления тестом, который проходит по всем транзисторам в n группах передающих транзисторов.The introduction of the input signal assignment allows you to apply the test signal "unit" or "zero" through the test control transistor, which passes through all the transistors in n groups of transmitting transistors.
Введение диагностических выходов позволяет обеспечить снятие выходной реакции на тестовые сигналы как в предлагаемом режиме «быстрого» диагностирования - для оценки прохождения теста по всем транзисторам в n группах передающих транзисторов, так и в режиме обычного диагностирования - для оценки работоспособности инверторов в группе 2n инверторов настройки.The introduction of diagnostic outputs makes it possible to remove the output response to test signals both in the proposed “fast” diagnostic mode — to assess the passage of the test across all transistors in n groups of transmitting transistors, and in conventional diagnostic mode — to evaluate the performance of inverters in a group of 2 n tuning inverters .
Введение входа управления тестом позволяет переключать режимы тестирования с обычного (на входе управления тестом - «ноль») на «быстрое» диагностировние (на входе управления тестом - «единица»).The introduction of the test control input allows you to switch the test modes from normal (at the test control input - “zero”) to “quick” diagnostics (at the test control input - “one”).
Изменение связей по сравнению с известным устройством обеспечивает реализацию как режима вычислений программируемых по входам настройки логических функций, так и диагностирование - обычное по дереву транзисторов - по одной из ветвей в n групп передающих транзисторов, так и «быстрое» диагностирование.Changing the connections in comparison with the known device provides the implementation of both a calculation mode of logic functions programmed for the inputs and diagnostics — usual in the transistor tree — along one of the branches in n groups of transmitting transistors, as well as “quick” diagnostics.
На Фиг. 1 изображена схема электрическая структурная программируемого логического устройства.In FIG. 1 shows an electrical structural diagram of a programmable logic device.
На Фиг. 2 представлен график изменения относительных аппаратных затрат в транзисторах программируемого логического устройства по сравнению с прототипом.In FIG. 2 shows a graph of changes in relative hardware costs in transistors of a programmable logic device compared to the prototype.
На Фиг. 3. изображен график Марковской цепи программируемого логического устройства.In FIG. 3. shows a graph of the Markov circuit of a programmable logic device.
На Фиг 4. изображен график изменения коэффициента готовности прототипа KG2 в зависимости от увеличения времени k тестирования Т3 по сравнению с коэффициентом готовности предлагаемого устройства KG1 при λ=10-9; µ=10-3; ξ=1,7; Td=10-4; Т3=10-7.In Fig 4. shows a graph of the availability coefficient of the prototype KG2 depending on the increase in the test time k T3 compared with the availability factor of the proposed device KG1 with λ = 10 -9 ; µ = 10 −3 ; ξ = 1.7; T d = 10 -4 ; T 3 = 10 -7 .
Программируемое логическое устройство содержит группу n инверторов переменных 1, n групп передающих транзисторов 2 (n - число входных переменных) по 2i, i=1, n транзисторов в группе, группу 2n инверторов настройки 3, выходной инвертор 4, входы n переменных 5, 2n входов настройки 6, выход устройства 7, группу 2n транзисторов переменных 8, группу 2n транзисторов отключения настройки 9, инвертор 10 управления группой транзисторов переменных, транзистор управления тестом 11, вход задания сигнала 12, диагностические выходы 13, вход управления тестом 14.The programmable logic device contains a group of n inverters of
Затвор каждого четного транзистора i-й группы 2.i из n групп передающих транзисторов 2 подключен к i-му входу входов n переменных 5.i.The gate of each even transistor of the i-th group 2.i of n groups of transmitting
Стоки четных и нечетных транзисторов n-й группы 2.n объединены и подключены к истокам соответствующих 2n-1 транзисторов n-1-й группы 2.n-1, стоки которых объединены и подключены к истокам соответствующих 2n-2 транзисторов n-2-й группы 2.n-2 и так далее, стоки двух последних транзисторов 1-й группы 2.1 объединены и подключены ко входу выходного инвертора 4.The flows of even and odd transistors of the n-th group 2.n are combined and connected to the sources of the corresponding 2 n-1 transistors of the n-1st group 2.n-1, the drains of which are combined and connected to the sources of the corresponding 2 n-2 transistors of n- 2nd group 2.n-2 and so on, the drains of the last two transistors of the 1st group 2.1 are combined and connected to the input of the
Выход выходного инвертора 4 является выходом устройства 7.The output of the
Входы i-x инверторов группы n инверторов переменных 1.i подключены к соответствующим i-м входам входов n переменных 5.i.The inputs of i-x inverters of the group of n inverters of variables 1.i are connected to the corresponding i-th inputs of the inputs of n variables 5.i.
Затвор каждого нечетного транзистора i-й группы 2.i передающих транзисторов 2 i=1,n подключен к объединенным истокам соответствующих нечетных и четных транзисторов группы 2 n транзисторов переменных 8, нечетный из которых подключен к выходу i-го инвертора группы n инверторов переменных 1.i, а четный из которых подключен к i-му входу входов n переменных 5.i.The gate of each odd transistor of the i-th group 2.i of the transmitting transistors 2 i = 1, n is connected to the combined sources of the corresponding odd and even transistors of the group 2 n transistors of
Истоки 2n транзисторов n-й группы 2.n количеством 2n являются диагностическими выходами 13 устройства и подключены к стокам соответствующих 2n транзисторов отключения настройки 9, истоки которых подключены к выходам соответствующих инверторов группы 2n инверторов настройки 3, входы которых являются группой 2n входов настройки 6.The sources of 2 n transistors of the n-th group 2.n of 2 n are the
Затворы транзисторов группы 2n транзисторов отключения настройки 9 подключены к затворам нечетных транзисторов группы 2n транзисторов переменных 8 и к выходу инвертора 10 управления группой транзисторов.The gates of the transistors of
Затворы четных транзисторов группы 2n транзисторов переменных 8 подключены ко входу управления тестом 14 и входу инвертора 10 управления группой транзисторов переменных.The gates of the even transistors of the group 2n transistors of the
Вход задания сигнала 12 подключен к истоку транзистора реверса 11, сток которого подключен ко входу выходного инвертора 4, а затвор транзистора реверса 11 подключен ко входу управления тестом 14.The input signal 12 is connected to the source of the transistor of the reverse 11, the drain of which is connected to the input of the
Программируемое логическое устройство работает в следующих режимах:The programmable logic device operates in the following modes:
1) программирование; 2) вычисление; 3) обычное тестирование; 4) «быстрое» тестирование.1) programming; 2) calculation; 3) routine testing; 4) “quick” testing.
Устройство может быть использовано и после обнаружения отказов предлагаемым образом - в режиме ограниченной функциональности.The device can also be used after failure detection in the proposed manner - in the mode of limited functionality.
1) Программирование. В этом режиме устройство работает аналогично прототипу. На входе управления тестом 14 установлен логический ноль, что приводит к активированию затворов нечетных транзисторов в группе 2n транзисторов переменных 8 через инвертор управления группой транзисторов переменных 10, затворов группы 2n транзисторов отключения настройки, причем четные транзисторы в группе 2n транзисторов переменных 8 отключены, отключен и транзистор управления тестом 11. При этом с помощью внешних по отношению к устройству технических средств на 2n входах настройки 6 устанавливаются логические уровни, соответствующие логической функции n переменных, которую необходимо вычислять (таблице истинности заданной логической функции n переменных, содержащей 2n строк). Так, дли реализации функции сложения по модулю два (исключающего ИЛИ) четырех переменных (n=4) х4⊕х3⊕х2⊕х1, где xi - сигнал на входах 5.4, 5.3, 5.2, 5.1 - на входах 6 (6.0…6.15) устанавливаются следующие логические уровни (Строганов А., Цыбин С. Программируемая коммутация в ПЛИС: взгляд изнутри // Компоненты и технологии. - 2010. - №11. С. 56-62 Рис. 9 [Электронный ресурс]. - URL:http://www.kit-e.ru/articles/plis/2010_11_56.php Дата обращения 12.01.13 г) - Табл. 11) Programming. In this mode, the device works similarly to the prototype. Logic zero is set at the test control input 14, which leads to the activation of the gates of the odd transistors in the group of 2
На выходах инверторов группы 2n инверторов настройки 3 устанавливаются значения, инверсные логическим уровням, устанавливаемым на 2n входах настройки 6.At the outputs of inverters of
2) Вычисление. В этом режиме на входе управления тестом 14 установлен логический ноль, что приводит к активированию затворов нечетных транзисторов в группе 2n транзисторов переменных 8 через инвертор управления группой транзисторов переменных 10, затворов группы 2n транзисторов отключения настройки 9, причем четные транзисторы к группе 2 n транзисторов переменных 8 отключены, отключен и транзистор управления тестом 11. Поэтому устройство работает аналогично прототипу.2) Calculation. In this mode, a logic zero is set at the test control input 14, which leads to the activation of the gates of the odd transistors in the group of 2n transistors of
При поступлении на входы n переменных 5 с помощью внешних по отношению к устройству технических средств некоторого из 2n набора (табл. 1 - 5.4…5.1) активизируется одна из 2n цепочек в n группах 2 передающих транзисторов (четные транзисторы непосредственно с соответствующего входа n переменных 5, если он равен логической единице, нечетные - через соответствующий инвертор группы n инверторов переменных 1 и нечетный транзистор группы 2 n транзисторов переменных 8, если он равен нулю) с выхода соответствующего инвертора группы 2n инверторов настройки 3 через транзисторы группы 2n транзисторов отключения настройки 9, через выходной инвертор 4 на выход устройства 7.When
Так, при поступлении на входы n переменных 5 набора 0101 (набор №5) «набирается» цепочка «четный транзистор» 2.4.6-2.3.3-2.2.2-2.1.1 со входа 6.5, на котором установлен логический ноль, через инвертор 3.6, через инвертор 4 - и на выходе 7 формируется логический ноль: 0⊕1⊕0⊕1=0.So, when
3) Обычное тестирование. В этом режиме на входе управления тестом 14 установлен логический ноль, что приводит к активированию затворов нечетных транзисторов в группе 2n транзисторов переменных 8 через инвертор управления группой транзисторов переменных 10, затворов группы 2n транзисторов отключения настройки 9, причем четные транзисторы в группе 2n транзисторов переменных 8 отключены, отключен и транзистор управления тестом 11. Поэтому устройство работает аналогично прототипу.3) Routine testing. In this mode, a logic zero is set at the test control input 14, which leads to the activation of the gates of the odd transistors in the group of 2n transistors of
При помощи внешних по отношению к устройству технических средств на 2n входах настройки 6 устанавливаются логические уровни, соответствующие некоторой тестовой логической функции n переменных, которую необходимо вычислять (таблице истинности заданной логической функции n переменных, содержащей 2n строк).Using technical means external to the device, at 2 n inputs of setting 6, logical levels are set that correspond to some test logic function of n variables that needs to be calculated (the truth table of a given logical function of n variables containing 2 n rows).
Далее на входы n переменных 5 при помощи внешних по отношению к устройству технических средств поочередно подаются все 2n наборов. Активизируются все 2n цепочек в n группах передающих транзисторов с выхода соответствующего инвертора группы 2n инверторов настройки 3, через группу 2n транзисторов отключения настройки 9, через выходной инвертор 4 на выход устройства 7, по которому внешние по отношению к устройству технические средства оценивают работоспособность устройства.Then, on the inputs of
Тестовых функций в общем случае должно быть несколько для исключения возможного неправильного влияния различных наборов друг на друга как в группе 2n инверторов настройки 3, так и в n группах 2 передающих транзисторов (все нули, все единицы, чередование нулей и единиц и пр.). Поэтому в общем случае требуется больше, чем 2n тактов.In general, there should be several test functions to eliminate the possible incorrect influence of different sets on each other, both in
Состояние группы 2n инверторов настройки может контролироваться с помощью диагностических выходов 13.The status of
4) «Быстрое» тестирование4) "Quick" testing
В этом режиме на входе управления тестом 14 установлена логическая единица, что приводит к активированию затворов четных транзисторов в группе 2n транзисторов переменных 8, нечетные транзисторы в группе 2n транзисторов переменных 8 отключены, отключены и транзисторы группы 2n транзисторов отключения настройки 9. Активируется затвор транзистора управления тестом 11, через который со входа управления тестом поступает тестовый логический уровень.In this mode, the logic unit is set at test control input 14, which activates the gates of even transistors in group 2n of variable 8 transistors, the odd transistors in group 2n of variable 8 transistors are turned off, and the transistors of group 2n of transistors of setting off 9. The transistor shutter is activated. test control 11, through which the test logic level comes from the test control input.
Отключенные нечетные транзисторы в группе 2n транзисторов переменных 8 приводят к тому, что на нечетные транзисторы n групп передающих транзисторов 2 (n - число входных переменных) по 2i, i=1, n транзисторов в группе будет поступать одинаковый сигнал с соответствующего входа n входов переменных 5.Disconnected odd transistors in group 2n transistors of
Отключенные транзисторы группы 2n транзисторов отключения настройки 9 отключают выходы инверторов группы 2n инверторов настройки 3 и на диагностических выходах 13 может наблюдаться состояние последней n-й группы из n групп передающих транзисторов 2 с помощью внешних по отношению к устройству технических средств.The disconnected transistors of
На n входов переменных 5 устанавливаются логические единицы (например, 1111 для n=4), активирующие затворы всех транзисторов n групп передающих транзисторов 2 через четные транзисторы группы 2n транзисторов переменных.Logical units are set on n inputs of variables 5 (for example, 1111 for n = 4), which activate the gates of all transistors of n groups of transmitting
При подаче с помощью внешних по отношению к устройству технических средств на вход задания сигнала 12 тестового сигнала «логическая единица» на диагностических выходах 13 с помощью внешних по отношению к устройству технических средств должны наблюдаться 2n логических единиц, а при подаче с помощью внешних по отношению к устройству технических средств на вход задания сигнала 12 тестового сигнала «логический ноль» на диагностических выходах 13 с помощью внешних по отношению к устройству технических средств должны наблюдаться 2n логических нулей при отсутствие отказов.When using the technical means external to the device for inputting the signal 12 of the test signal “logical unit” to the
Для проверки отсутствия отказов типа «постоянная единица на затворе» в транзисторах n групп передающих транзисторов 2 на входы и переменных 5 может быть подано n наборов с одним нулем в одной из n позиций, например 1110, 1101, 1011, 0111 для n=4.To check the absence of failures of the “constant unit on gate” type in transistors of n groups of transmitting
5) Режим ограниченной функциональности5) Limited functionality mode
Режим задается при обнаружении, как правило, одного отказа по результатам тестирования.The mode is set upon detection, as a rule, of one failure according to the test results.
При обнаружении одного отказа в дереве передающих транзисторов n групп передающих транзисторов 2 или инверторов группы 2n инверторов настройки 3 возможно использование «половинного» устройства - работоспособной половины.If one failure is detected in the tree of transmitting transistors, n groups of transmitting
Это достигается постоянным сигналом на старшем входе из входов n переменных 5 и использованием устройства для реализации функций n-1 переменной. Тогда используется соответствующая половина входов настройки и транзисторов группы 2n инверторов настройки. Например, при работоспособной верхней половине транзисторов n групп передающих транзисторов 2 возможна настройка для реализации функции сложения по модулю два (исключающего ИЛИ) трех переменных (n=3) вместо четырех - Табл. 2.This is achieved by a constant signal at the highest input from the inputs of
При работоспособной нижней половине транзисторов n групп передающих транзисторов 2 - Табл. 3.With a working lower half of the transistors n groups of transmitting transistors 2 - Tab. 3.
Такая настройка возможна также и при обнаружении отказов типа «постоянный ноль», «постоянная единица» по старшему входу 5.4.Such a setting is also possible when detecting failures of the “constant zero”, “constant unit” type on the highest input 5.4.
При обнаружении дополнительного к вышеописанному отказу отказа по входу 5.3, либо в инверторе 1.3 группы n инверторов переменных относительно Табл. 2 необходимы следующие настройки - Табл. 4, 5. Upon detection of an additional failure to the above failure, failure at input 5.3, or in inverter 1.3, of a group of n variable inverters relative to Tab. 2 the following settings are required - Tab. 4, 5.
При обнаружении дополнительного отказа по входу 5.2, либо в инверторе 1.2 группы n инверторов переменных относительно Табл. 2 необходимы следующие настройки - Табл. 6, 7.If an additional failure is detected at input 5.2, or in inverter 1.2, a group of n variable inverters relative to Tab. 2 the following settings are required - Tab. 6, 7.
При обнаружении дополнительного отказа по входу 5.1, либо в инверторе 1.1 группы n инверторов переменных относительно Табл. 3 необходимы следующие настройки - Табл. 8, 9.If an additional failure is detected at input 5.1, or in inverter 1.1, a group of n variable inverters relative to Table 3 The following settings are required - Tab. 8, 9.
Оценка технико-экономической эффективностиEvaluation of technical and economic efficiency
Технические средства прототипа в общем случае обеспечивают тестирование путем проверки реализации некоторой одной логической функции за Т2=2n шагов (тактов) с фиксацией на выходе 7 одного из 2n значений логической функции. Это соответствует экспоненциальной сложности тестирования.The technical means of the prototype in the general case provide testing by checking the implementation of a single logical function in T 2 = 2 n steps (cycles) with fixing at the output 7 of one of 2 n values of the logical function. This corresponds to the exponential complexity of testing.
В предлагаемом устройстве необходимо два такта для проверки прохождения по всем транзисторам групп 2 сигнала «логический ноль», «логическая единица» по диагностическим выходам 13.In the proposed device, two clock cycles are required to check the passage of the logic 0,
Для проверки отсутствия отказа «постоянная единица» на затворах транзисторов групп 2 возможен дополнительный тест «бегущий ноль» по входам n переменных 5 - сложностью n.To check the absence of failure, the “constant unit” on the gates of the transistors of
Для проверки группы n инверторов переменных в режиме обычного тестирования также возможен дополнительный гест «бегущий ноль» по входам n переменных 5 - сложностью n.To check the group of n variable inverters in the usual testing mode, an additional “running zero” guest test is also possible on the inputs of n variables 5 - complexity n.
В режиме обычного тестирования также могут быть проверено состояние группы 2n инверторов настройки по диагностическим выходам 13.In the usual test mode, the status of a group of 2 n tuning inverters by the
Таким образом, получаем тест линейной сложности:Thus, we get a test of linear complexity:
Таким образом, снижение временной сложности проверки работоспособности (диагностирования) определяется выражением:Thus, the decrease in the time complexity of the health check (diagnosis) is determined by the expression:
Так, при n=4 получаем:So, for n = 4 we get:
При n=5 получаем:For n = 5 we get:
При n=6 получаем:For n = 6 we get:
При n=7 получаем:For n = 7 we get:
Однако аппаратные затраты в предлагаемом устройстве выше, чем в прототипе.However, the hardware cost in the proposed device is higher than in the prototype.
Покажем, что положительный эффект снижения временной сложности диагностирования превосходит негативные последствия некоторого увеличения аппаратных затрат.We show that the positive effect of reducing the time complexity of diagnosis exceeds the negative consequences of a slight increase in hardware costs.
Аппаратные затраты прототипа в количестве транзисторов описываются выражением:Hardware costs of the prototype in the number of transistors are described by the expression:
где 2n+1-2 транзисторов в n группах передающих транзисторов 2 (n - число входных переменных) но 2i, i=1, n транзисторов в группе, 2·2n транзисторов в группе 2n инверторов настройки 3 (два транзистора на инвертор), 2·n+2 транзисторов в группе n инверторов переменных и в выходном инверторе.where 2 n + 1 -2 transistors in n groups of transmitting transistors 2 (n is the number of input variables) but 2 i , i = 1, n transistors in a group, 2 · 2 n transistors in a group of 2 n tuning inverters 3 (two transistors on inverter), 2 · n + 2 transistors in the group of n variable inverters and in the output inverter.
В предлагаемом устройстве дополнительно к (7) введено:In the proposed device in addition to (7) introduced:
транзисторов, где 2n транзисторов в группе 2n транзисторов отключения настройки 9, 2·n транзисторов в группе 2n транзисторов переменных плюс инвертор управления группой транзисторов переменных (2 транзистора) плюс транзистор управления тестом.transistors, where 2 n transistors in a group of 2 n transistors disable
Итого получаем в предлагаемом устройстве следующее количество транзисторов:Total we get in the proposed device the following number of transistors:
Тогда относительные аппаратные затраты в транзисторах на модификацию прототипа с целью «быстрого» диагностирования для различных n представляют собой выражение:Then the relative hardware costs in the transistors for the modification of the prototype for the purpose of "quick" diagnosis for various n are the expression:
На Фиг. 2 представлен график изменения относительных аппаратных затрат в транзисторах для «быстрого» диагностирования при различных n.In FIG. Figure 2 shows a graph of the changes in the relative hardware costs in transistors for "fast" diagnosis for various n.
Видим, что относительные аппаратные затраты уменьшаются с увеличением n и при очень больших n становятся меньше 10%.We see that the relative hardware costs decrease with increasing n and for very large n become less than 10%.
Оценим показатель надежности - коэффициент готовности с помощью Марковской модели программируемого логического устройства с «быстрым» диагностированием.Let us evaluate the reliability indicator — the availability coefficient using the Markov model of a programmable logic device with “quick” diagnosis.
Рассмотрим Марковскую модель программируемого логического устройства с «быстрым» диагностированием (Фиг. 3).Consider the Markov model of a programmable logic device with "quick" diagnosis (Fig. 3).
Вершина 1 - состояние работоспособности (вероятность его Р1), вершина 2 - состояние отказа (вероятность Р2), λ12 - интенсивность отказов, µ21 - интенсивность восстановления, вершина 3 - состояние тестирования-диагностирования (вероятность Р3), в которое осуществляется переход с интенсивностью
где Td - периодичность диагностирования, where Td is the frequency of diagnosis,
где Т3 - время прохождения теста, λ32 - интенсивность отказов во время тестирования.where T3 is the test time, λ 32 is the failure rate during testing.
Пусть µ21 - интенсивность восстановления определяется, например, скоростью процедуры замены устройства резервным. Примем допущение о том, что λ12=λ32.Let µ 21 be the recovery intensity determined, for example, by the speed of the procedure for replacing the backup device. We assume that λ 12 = λ 32 .
Получим решение соответствующей системы алгебраических уравнений Колмогорова для установившегося режима:We obtain a solution to the corresponding system of Kolmogorov algebraic equations for the steady state:
В чем выражается «быстрота»? В уменьшении Т3 - времени прохождения теста, то есть в увеличении
Необходимо установить, приведет ли такой подход к увеличению коэффициента готовности KГ=P1? Получим коэффициент готовности KГ=P1(λ,µ).It is necessary to establish whether this approach will lead to an increase in the availability factor K G = P 1 ? We obtain the availability factor K G = P 1 (λ, µ).
Выразим KГ=Р1 из второго уравнения через P2, P3:Express K G = P 1 from the second equation in terms of P 2 , P 3 :
Далее, из третьего уравнения:Next, from the third equation:
Из четвертого получим:From the fourth we get:
То есть:I.e:
Выражаем KГ=P1(λ, µ):Express K G = P 1 (λ, µ):
, ,
. .
Таким образом, получаем:Thus, we obtain:
С учетом λ12=λ32=λ, µ21=µ получим коэффициент готовности:Given λ 12 = λ 32 = λ, μ 21 = μ we obtain the availability factor:
Учтем увеличение времени тестирования Т3 у прототипа в k раз:Consider the increase in testing time T3 of the prototype k times:
Учтем некоторое увеличение интенсивности отказов при введении дополнительной аппаратуры у предлагаемого устройства:Consider a slight increase in the failure rate with the introduction of additional equipment from the proposed device:
На Фиг. 4 изображены графики для некоторых значений λ, µ, ξ, Td, T3 в зависимости от k.In FIG. Figure 4 shows graphs for some values of λ, µ, ξ, T d , T 3 depending on k.
Видим, что 70% ускорение диагностирования (ξ=1,7) обеспечивает больший коэффициент готовности даже при 70% увеличении интенсивности отказов (k).We see that a 70% diagnostic acceleration (ξ = 1.7) provides a higher availability factor even with a 70% increase in failure rate (k).
Достижение технического результата изобретения подтверждается приведенными оценками.The achievement of the technical result of the invention is confirmed by the above estimates.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014116999/08A RU2573758C2 (en) | 2014-04-25 | 2014-04-25 | Programmable logic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014116999/08A RU2573758C2 (en) | 2014-04-25 | 2014-04-25 | Programmable logic device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014116999A RU2014116999A (en) | 2015-10-27 |
RU2573758C2 true RU2573758C2 (en) | 2016-01-27 |
Family
ID=54362743
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014116999/08A RU2573758C2 (en) | 2014-04-25 | 2014-04-25 | Programmable logic device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2573758C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2805759C1 (en) * | 2023-07-28 | 2023-10-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Programmable logic device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1159066A1 (en) * | 1983-06-13 | 1985-05-30 | Харьковское Высшее Командно-Инженерное Училище Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. | Programmable logic matrix |
SU1233274A1 (en) * | 1984-03-19 | 1986-05-23 | Минское Высшее Инженерное Зенитное Ракетное Училище Пво | Programmed logic module |
RU2146840C1 (en) * | 1997-10-01 | 2000-03-20 | Тюрин Сергей Феофентович | Programmable gate |
EP1046982A2 (en) * | 1990-05-10 | 2000-10-25 | Xilinx, Inc. | Programmable logic device |
US6188240B1 (en) * | 1998-06-04 | 2001-02-13 | Nec Corporation | Programmable function block |
RU2503993C1 (en) * | 2012-04-26 | 2014-01-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Programmable logic device |
-
2014
- 2014-04-25 RU RU2014116999/08A patent/RU2573758C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1159066A1 (en) * | 1983-06-13 | 1985-05-30 | Харьковское Высшее Командно-Инженерное Училище Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. | Programmable logic matrix |
SU1233274A1 (en) * | 1984-03-19 | 1986-05-23 | Минское Высшее Инженерное Зенитное Ракетное Училище Пво | Programmed logic module |
EP1046982A2 (en) * | 1990-05-10 | 2000-10-25 | Xilinx, Inc. | Programmable logic device |
RU2146840C1 (en) * | 1997-10-01 | 2000-03-20 | Тюрин Сергей Феофентович | Programmable gate |
US6188240B1 (en) * | 1998-06-04 | 2001-02-13 | Nec Corporation | Programmable function block |
RU2503993C1 (en) * | 2012-04-26 | 2014-01-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Programmable logic device |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
СТРОГОНОВ А., ЦЫБИН С. ПРОГРАММИРУЕМАЯ КОММУТАЦИЯ В ПЛИС: ВЗГЛЯД ИЗНУТРИ в: "КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ", 2010, N 11, с.56-62, рис. 9, 12. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2805759C1 (en) * | 2023-07-28 | 2023-10-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Programmable logic device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014116999A (en) | 2015-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20180144090A1 (en) | Ranking combinations of mutants, test cases and random seeds in mutation testing | |
Kamenskih et al. | Application of redundant basis elements to increase self-timedcircuits reliability | |
JP6655926B2 (en) | Fault diagnosis system | |
Kahn et al. | Structural pathways supporting swift acquisition of new visuomotor skills | |
RU2557441C2 (en) | Cyclic method of localising uncontrolled multiple failures of engineering systems during operation thereof and apparatus therefor | |
MY196229A (en) | Abnormality Diagnostic System | |
RU2573758C2 (en) | Programmable logic device | |
JP2016081340A (en) | Multiplex control device | |
RU2547229C1 (en) | Programmable logic device | |
Romanov | On the synthesis of circuits admitting complete fault detection test sets of constant length under arbitrary constant faults at the outputs of the gates | |
KR20180126311A (en) | System and Method for State Diagnosis and Cause Analysis | |
RU2544750C1 (en) | Programmable logic device | |
Alkhalfan | Inference for a gamma step-stress model under censoring | |
US9823302B2 (en) | Semiconductor circuit and semiconductor system | |
JP2019121033A (en) | Control device for aircrafts and mutual diagnosis method | |
RU2573732C2 (en) | Programmable logical device | |
RU2547232C1 (en) | Pc control device | |
Dolgikh | A Robust Model for Integration of Artificial Intelligence Methods in Primary Care | |
CN102780485B (en) | Configurable D latch for chaos computing | |
RU2015154207A (en) | Covert channel detection device based on error identification in the tested nodes of automated systems | |
UA121984U (en) | DIAGNOSTIC SYSTEM | |
RU2466448C1 (en) | System to monitor digital electronic devices | |
JP2017207363A (en) | Battery back voltage monitoring device | |
RU2379828C1 (en) | Backup counter | |
Cabasino et al. | A remark on the decentralized diagnosis of labeled Petri nets |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180426 |