TWI459216B

TWI459216B - 數位安全系統硬體化之方法

Info

Publication number: TWI459216B
Application number: TW100132668A
Authority: TW
Inventors: Chang Kao Chen; Chung Lin Lee; Ting Chia Ou
Original assignee: Iner Aec Executive Yuan
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2014-11-01
Also published as: TW201312374A

Description

數位安全系統硬體化之方法

本發明係為一種數位安全系統硬體化之方法，特別是一種應用派屈網路設計一以FPGA為基礎之核能儀控系統的方法。

數位儀控系統的確認與驗證工作，在現時的核能電廠中已經成為一門重要的課題，而FPGA系統的純硬體架構具有較為簡單的可認證性，因此，FPGA系統開始被應用在電廠儀控系統以及運轉中電廠的控制系統更新，特別是安全方面的應用。

雖然FPGA系統開始在核能電廠的儀控系統中的應用扮演主要的角色，但技術仍然尚未成熟。

狀態圖是目前最常被使用於發展FPGA系統的方式，利用圖形化的設計方式，以表示輸入與輸出之間的關係，但在設計上往往需要專業的背景，以確保局部電路之間的相互作用，達成高可靠度與簡化系統確認與認證之目的。

有鑑於上述缺點，本發明提供一種數位安全系統硬體化之方法，以克服上述缺點，達成高可靠度與簡化系統確認與認證之效果。

本發明係為一種數位安全系統硬體化之方法，其係包含有下列步驟：狀態圖化描述步驟：以複數個狀態圖描述一數位安全系統的複數個相對應之局部電路之行為；派屈網路化步驟：將該些狀態圖以一轉換方法轉換為複數個相對應之派屈網路；定義通訊規則步驟：定義該數位安全系統的各局部電路之間的連結方式為至少一相對應之通訊規則；連結派屈網路步驟：以該些通訊規則連結該些相對應之派屈網路以合成一整體派屈網路；驗證步驟：分析與驗證該整體派屈網路之特性，若其特性與該數位安全系統不符合，則進行定義通訊規則步驟；若其特性與數位安全系統符合，則繼續進行下一步驟；硬體語言轉換步驟：將該整體派屈網路轉換為一硬體描述語言以描述該數位安全系統；以及電路合成步驟：將該硬體描述語言以FPGA進行電路合成以成為一數位安全系統的電路。

綜合上述，本發明提供一種有效率的設計程序利用狀態圖設計儀控系統之各局部電路，再以通訊規則連接各局部電路合成一派屈網路，以確認局部電路之間的相互作用以及整體系統的效能，達成高可靠度與簡化系統確認與驗證成果。

以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目的所使用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔助說明，以利　貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限於所列舉圖式。

再請參閱圖一所示，本發明係為一種數位安全系統硬體化之方法，其係包含下列步驟：狀態圖化描述步驟10：以複數個狀態圖描述一數位安全系統的複數個相對應之局部電路之行為。

派屈網路化步驟11：將該些狀態圖以一轉換方法轉換為複數個相對應之派屈網路。

定義通訊規則步驟12：定義數位安全系統的各局部電路之間的連結方式為至少一相對應之通訊規則。

連結派屈網路步驟13：以該些通訊規則連結該些相對應之派屈網路以合成一整體派屈網路。

驗證步驟14：分析與驗證整體派屈網路之特性，可以利用一派屈網路分析工具分析與驗證派屈網路之特性，如：可延伸性(Reachability)、有界(Boundedness)、存活性(Liveness)、可逆性(Reversibility)、涵蓋性(Coverability)等，若其特性與數位安全系統不符合，則進行步驟12；若其特性與數位安全系統符合，則繼續進行下一步驟。

硬體語言轉換步驟15：將整體派屈網路轉換為一硬體描述語言以描述數位安全系統。

電路合成步驟16：將硬體描述語言以一硬體化工具進行電路合成以成為一數位安全系統的電路，硬體化工具可以為FPGA。

請參閱圖二所示，為了執行派屈網路化步驟11，在此步驟中，狀態圖轉換為派屈網路的轉換方法更包含下列步驟：定義數學模型20：定義數位安全系統狀態圖的數學模型SD=(S,Q,R,f,g)，其中，S係為狀態空間；Q係為輸入符號；R係為輸出符號；f係為狀態轉移函數；g係為狀態輸出函數。

定義派屈網路21：定義派屈網路的數學模型lPN=(P,T,X,Y,I,O,l)，其中，P係為位置的集合；T係為轉移的集合；I係為每個轉移對位置的輸入功能；O係為每個轉移對輸出的功能；X係為輸入符號的集合，Y係為輸出符號的集合，滿足l: T→X×Y。例如：l_x (t)=u與l_y (t)=v，表示轉移t接收符號uX以及傳送符號vY。

局部電路轉換22：數位安全系統具有r個局部電路，將數位安全系統的局部電路F_h ={S_h ,Q_h ,R_h ,f_h ,g_h },h=1,2,3,...,r轉換成相對應之派屈網路lPN_h ={P_h ,T_h ,X_h ,Y_h ,I_h ,O_h ,l_h }，其中FSD。

合成派屈網路23：合成局部電路的派屈網路lPN_h ，對所有uR_h ∪Q_k ，vR_k ∪Q_h ，且lPN_k ，h,k=1,2,3,...,r;k≠h以建立新的位置u_hk 及v_kh 。

為了執行連結派屈網路步驟13，在此步驟中，更包含有一通訊規則連結步驟：利用通訊規則連結所有的t_h T_h |v=l_y (t_h )與t_k T_h |v=l_x (t_k )，合成輸出O(t_h ):=O(t_h )∪{u_hk }與輸入I(t_k ):=I(t_k )∪{u_hk }；同理，利用通訊規則連結所有的t_k T_k |v=l_y (t_k )與t_h T_h |v=l_x (t_h )，合成輸出O(t_k ):=O(t_k )∪{v_kh }與輸入I(t_k ):=I(t_k )∪{v_kh }。

請參閱圖三所示，左側的狀態圖30經由轉換方法轉換為右側的派屈網路31之基本單元示意圖。

請參閱圖四、圖五、圖六、圖七、圖八所示，係為兩派屈網路藉由不同之通訊規則互相連結之示意圖，通訊規則係根據兩派屈網路相對應之兩狀態圖之間的連結關係所定義出，圖四所示係為連結兩派屈網路之通訊規則為順序，圖五所示係為連結兩派屈網路之通訊規則為同時，圖六所示係為連結兩派屈網路之通訊規則為分歧，圖七所示係為連結兩派屈網路之通訊規則為循環，圖八所示係為連結兩派屈網路之通訊規則為互斥。

請參閱圖九所示，通過驗證步驟14之派屈網路50轉換為一硬體描述語言51，再藉由FPGA以合成一電路52。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明權利要求所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

10~16．．．流程圖

20~22．．．流程圖

30．．．狀態圖

31．．．派屈網路

50．．．派屈網路

51．．．硬體描述語言

52．．．電路

圖一係為數位安全系統硬體化之方法流程圖。

圖二係為轉換方法流程圖。

圖三係為狀態圖轉換為派屈網路示意圖。

圖四係為通訊規則為順序時派屈網路之連結之示意圖。

圖五係為通訊規則為同時時派屈網路之連結之示意圖。

圖六係為通訊規則為分歧時派屈網路之連結之示意圖。

圖七係為通訊規則為循環時派屈網路之連結之示意圖。

圖八係為通訊規則為互斥時派屈網路之連結之示意圖。

圖九係為從驗證到合成電路之流程示意圖

10~16．．．流程圖

Claims

一種數位安全系統硬體化之方法，其係包含有下列步驟：狀態圖化描述步驟：以複數個狀態圖描述一數位安全系統的複數個相對應之局部電路之行為；派屈網路化步驟：將該些狀態圖以一轉換方法轉換為複數個相對應之派屈網路；定義通訊規則步驟：定義該數位安全系統的各局部電路之間的連結方式為至少一相對應之通訊規則；連結派屈網路步驟：以該些通訊規則連結該些相對應之派屈網路以合成一整體派屈網路；驗證步驟：分析與驗證該整體派屈網路之特性，若其特性與該數位安全系統不符合，則進行定義通訊規則步驟；若其特性與數位安全系統符合，則繼續進行下一步驟；以及硬體語言轉換步驟：將該整體派屈網路轉換為一硬體描述語言以描述該數位安全系統。
如申請專利範圍第1項所述之數位安全系統硬體化之方法，其中，更包含有一電路合成步驟：將該硬體描述語言以一硬體化工具進行電路合成以成為一數位安全系統的電路。
如申請專利範圍第2項所述之數位安全系統硬體化之方法，其中，該硬體化工具係為FPGA。
如申請專利範圍第3項所述之數位安全系統硬體化之方法，其中，該轉換方法包含有下列步驟：定義數學模型：定義描述該數位安全系統的狀態圖的數學模型SD=(S,Q,R,f,g)，S係為狀態空間；Q係為輸入符號；R係為輸出符號；f係為狀態轉移函數；g係為狀態輸出函數；定義派屈網路：定義派屈網路的數學模型lPN=(P,T,X,Y,I,O,l)，P係為位置的集合；T係為轉移的集合；I係為每個轉移對位置的輸入功能；O係為每個轉移對輸出的功能；X係為輸入符號的集合，Y係為輸出符號的集合，滿足l：T→X×Y；局部電路轉換：該數位安全系統具有r個局部電路，將該數位安全系統的局部電路F_h ={S_h ,Q_h ,R_h ,f_h ,g_h },h=1,2,3,...,r轉換成相對應之派屈網路lPN_h ={P_h ,T_h ,X_h ,Y_h ,I_h ,O_h ,l_h }，FSD；合成派屈網路：合成局部電路的派屈網路lPN_h ，對所有uR_h ∪Q_k ，vR_k ∪Q_h ，且1PN_k ，h,k=1,2,3,...,r；k≠h以建立新的位置u_hk 及v_kh 。
如申請專利範圍第4項所述之數位安全系統硬體化之方法，其中，在執行連結派屈網路步驟中，更包含有一通訊規則連結步驟：利用通訊規則連結所有的t_h T_h |v=l_y (t_h )與t_k T_h |v=l_x (t_k )，合成輸出O(t_h )：=O(t_h )∪{u_hk }與輸入I(t_k )：=I(t_k )∪{u_hk }；同理，利用通訊規則連結所有的t_k T_k |v=l_y (t_k )與t_h T_h |v=l_x (t_h )，合成輸出O(t_k )：=O(t_k )∪{v_kh }與輸入I(t_k )：=I(t_k )∪{v_kh }。
如申請專利範圍第5項所述之數位安全系統硬體化之方法，其中，驗證步驟中，分析與驗證之特性係為可延伸性、有界、存活性、可逆性、涵蓋性或其組合。