Synthesis of concurrent error detection systems of multioutput combinational circuits based on Boolean complement method
One of approaches to the logical combinational circuits reliability increase is addition of fault detection means and organization of concurrent error detection systems. Two basic structures are often used for this purpose. First, one realizes the idea of check bits calculation: outputs of diagnostic object correspond to the data vector; test circuit is built by the principle to add the data vector with the check vector of previously chosen error detection code. Second, one realizes the idea of logical complement of the vector formed on the outputs of diagnostic object to the code word of previously chosen non-separable code. The second structure has an advantage: it allows transformation of any number of the original vector bits; thereby it gives the possibility to minimize the structural redundancy of diagnostic system and achieve the self-checking property simpler. The paper is devoted to the features of synthesis of concurrent error detection systems of multioutput combinational circuits based on Boolean complement method. The features of technical implementation of unchangeable test circuit parts are analyzed; they are synthesized using Boolean complement method for combinational circuits with any number of outputs. It is shown that the most effective approach for the circuits with lot of outputs is distribution of them by groups with subsequent check using constant-weight codes with small code vector lengths (m < 6). It is determined that the way of technical implementation with minimal redundancy of unchangeable test circuit part is the distribution of outputs on four-element subsets; every subset is checked using constant-weight code "2-out-of-4" or self-checking two-rail checker. Features of technical implementation of concurrent error detection system based on constant-weight codes are stated.
Keywords
комбинационная схема,
система контроля,
метод логического дополнения,
равновесные коды,
код «1 из 3»,
код «1 из 4»,
код «2 из 4»,
самопроверяемость,
combinational circuit,
concurrent error detection system,
Boolean complement method,
constant-weight code,
«1-out-of-3»-code,
«1-out-of-4»-code,
«2-out-of-4»-code,
self-checkingAuthors
Sapozhnikov Valery V. | Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University | port.at.pgups1@gmail.com |
Sapozhnikov Vladimir V. | Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University | at.pgups@gmail.com |
Efanov Dmitry V. | Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University | TrES-4b@yandex.ru |
Pivovarov Dmitry V. | Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University | pivovarov.d.v.spb@gmail.com |
Всего: 4
References
Каравай М.Ф., Согомонян Е.С. Анализ надежностных характеристик самопроверяемых избыточных структур // Автоматика и телемеханика. 1979. № 8. С. 105-119.
Гавзов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Методы обеспечения безопасности дискретных систем // Автоматика и телемеханика. 1994. № 8. С. 3-50.
Скляр В.В., Харченко В.С. Отказоустойчивые компьютерные системы управления с версионно-пороговой адаптацией: спо собы адаптации, оценка надежности, выбор архитектур // Автоматика и телемеханика. 2002. № 6. С. 131-145.
Дрозд А.В. Нетрадиционный взгляд на рабочее диагностирование вычислительных устройств // Проблемы управления. 2008. № 2. С. 48-56.
Рабочее диагностирование безопасных информационно-управляющих систем / А.В. Дрозд, В.С. Харченко, С.Г. Антощук, Ю.В. Дрозд, М.А. Дрозд, Ю.Ю. Сулима ; под ред. А.В. Дрозда, В.С. Харченко. Харьков : Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», 2012. 614 с.
Kharchenko V., Kondratenko Yu., Kacprzyk J. Green IT Engineering: Concepts, Models, Complex Systems Architectures // Springer Book series "Studies in Systems, Decision and Control". 2017. V. 74. 305 p. DOI: 10.1007/978-3-319-44162-7.
Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Христов Х.А., Гавзов Д.В. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики / под ред. Вл.В. Сапожникова. М. : Транспорт, 1995. 272 с.
Микропроцессорная централизация стрелок и сигналов EBILock 950 / Г.А. Казимов, В.Н. Алешин, А.Е. Деревянко, С.В. Золотарева, Г.Ф. Лекута, С.Б. Платунов, А.В. Сураев, С.А. Хохлов, К.Д. Хромушкин ; под. ред. Г.Д. Казиева. М. : ТРАНСИЗДАТ, 2008. 368 с.
Theeg G., Vlasenko S. Railway Signalling & Interlocking - International Compendium. Eurailpress, 2009. 448 p.
Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики (оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства). М. : Энергоатомиздат, 1981. 320 с.
Согомонян Е.С., Слабаков Е.В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. М. : Радио и связь, 1989. 207 с.
Piestrak S.J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes. Wroclaw : Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroclavskiej, 1995. 111 p.
Das D., Touba N.A. Weight-Based Codes and Their Application to Concurrent Error Detection of Multilevel Circuits // Proceedings of the 17th IEEE VLSI Test Symposium, USA, CA, Dana Point. 1999. April 25-29. Р. 370-376.
Das D., Touba N.A. Synthesis of Circuits with Low-Cost Concurrent Error Detection Based on Bose-Lin Codes // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications. 1999. V. 15. Issue 1-2. P. 145-155.
Nicolaidis M., Zorian Y. On-Line Testing for VLSI - а Compendium of Approaches // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications. 1998. V. 12. Issue 1-2. P. 7-20.
Mitra S., McCluskey E.J. Which Concurrent Error Detection Scheme to Choose? // Proceedings of International Test Conference, 2000, USA, Atlantic City, NJ. 2000. 03-05 October. Р. 985-994. DOI: 10.1109/TEST.2000.894311.
Аксёнова Г.П. Необходимые и достаточные условия построения полностью проверяемых схем свертки по модулю 2 // Автоматика и телемеханика. 1979. № 9. С. 126-135.
Слабаков Е.В., Согомонян Е.С. Самопроверяемые вычислительные устройства и системы (обзор) // Автоматика и телемеханика. 1981. № 11. С. 147-167.
Аксёнова Г.П. О функциональном диагностировании дискретных устройств в условиях работы с неточными данными // Проблемы управления. 2008. № 5. С. 62-66.
Блюдов А.А., Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. О кодах с суммированием единичных разрядов в системах функционального контроля // Автоматика и телемеханика. 2014. № 8. С. 131-145.
Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Применение модульных кодов с суммированием для построения систем функционального контроля комбинационных логических схем // Автоматика и телемеханика. 2015. № 10. С. 152-169.
Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Условия обнаружения неисправности логического элемента в комбинационном устройстве при функциональном контроле на основе кода Бергера // Автоматика и телемеханика. 2017. № 5. С. 152-165.
Гессель М., Морозов А.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Логическое дополнение - новый метод контроля комбинационных схем // Автоматика и телемеханика. 2003. № 1. С. 167-176.
Freiman C.V. Optimal Error Detection Codes for Completely Asymmetric Binary Channels // Information and Control. 1962. V. 5, Issue 1. P. 64-71. DOI: 10.1016/S0019-9958(62)90223-1.
Гессель М., Мошанин В.И., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Обнаружение неисправностей в самопроверяемых комбинационных схемах с использованием свойств самодвойственных функций // Автоматика и телемеханика. 1997. № 12. С. 193-200.
Saposhnikov Vl.V., Dmitriev A., Goessel M., Saposhnikov V.V. Self-Dual Parity Checking - a New Method for on Line Testing // Proceedings of 14th IEEE VLSI Test Symposium. USA, Princeton, 1996. P. 162-168.
Saposhnikov Vl.V., Moshanin V., Saposhnikov V.V., Goessel M. Self-Dual Multi-Output Combinational Circuits with Output Data Compaction // Compendium of Papers IEEE European Test Workshop (ETW97). Cagliari, Italy. 1997. May 28-30. P. 107-111.
Saposhnikov Vl.V., Saposhnikov V.V., Dmitriev A., Goessel M. Self-Dual Duplication for Error Detection // Proceedings of 7th Asian Test Symposium. Singapore, 1998. P. 296-300.
Saposhnikov Vl.V., Moshanin V., Saposhnikov V.V., Goessel M. Experimental Results for Self-Dual Multi-Output Combinational Circuits // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications. 1999. V. 14. Issue 3. P. 295-300.
Гессель М., Дмитриев А.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Самотестируемая структура для функционального обнаружения отказов в комбинационных схемах // Автоматика и телемеханика. 1999. № 11. С. 162-174.
Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Гёссель М. Самодвойственные дискретные устройства. СПб. : Энергоатомиздат (Санкт-Петербургское отделение), 2001. 331 с.
Goessel M., Saposhnikov Vl., Saposhnikov V., Dmitriev A. A New Method for Concurrent Checking by Use of a 1-out-of-4 Code // Proceedings of the 6th IEEE International On-line Testing Workshop. 3-5 July. Palma de Mallorca, Spain, 2000. P. 147-152.
Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Дмитриев А.В., Морозов А.В., Гессель М. Организация функционального контроля комбинационных схем методом логического дополнения // Электронное моделирование. 2002. Т. 24, № 6. С. 51-66.
Saposhnikov V.V., Saposhnikov Vl.V., Morozov A., Osadtchi G., Gossel M. Design of Totally Self-Checking Combinational Circuits by Use of Complementary Circuits // Proceedings of East-West Design & Test Workshop. Yalta, Ukraine, 2004. P. 83-87.
Гессель М., Морозов А.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Контроль комбинационных схем методом логического дополнения // Автоматика и телемеханика. 2005. № 8. С. 161-172.
Goessel M., Ocheretny V., Sogomonyan E., Marienfeld D. New Methods of Concurrent Checking. Ed. 1. Dordrecht : Springer Science + Business Media B.V., 2008. 184 p.
Das D.K., Roy S.S., Dmitiriev A., Morozov A., Gossel M. Constraint Don't Cares for Optimizing Designs for Concurrent Checking by 1-out-of-3 Codes // Proceedings of the 10th International Workshops on Boolean Problems. Freiberg, Germany, September, 2012. P. 33-40.
Efanov D., Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl. Methods of Organization of Totally Self-Checking Concurrent Error Detection System on the Basis of Constant-Weight «1-out-of-3»-Code // Proceedings of 14th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2016). Yerevan, Armenia, 2016. October 14-17. P. 117-125.
Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Метод функционального контроля комбинационных логических устройств на основе кода «2 из 4» // Известия вузов. Приборостроение. 2016. Т. 59, № 7. С. 524-533. DOI: 10.17586/00213454-2016-59-7-524-533.
Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Построение самопроверяемых структур систем функционального контроля на основе равновесного кода «2 из 4» // Проблемы управления. 2017. № 1. С. 57-64.
Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Пивоваров Д.В. Метод логического дополнения на основе равновесного кода «1 из 4» для построения полностью самопроверяемых структур систем функционального контроля // Электронное моделирование. 2017. Т. 39, № 2. С. 15-34.
Huches J.L.A., McCluskey E.J., Lu D.J. Design of Totally Self-Checking Comparators with an Arbitrary Number of Inputs // IEEE Transactions on Computers. 1984. V. C-33, No. 6. P. 546-550.
Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Организация систем функционального контроля с обеспечением полной самопроверяемости структуры на основе модулей сжатия парафазных сигналов // Известия вузов. Приборостроение. 2017. Т. 60, № 5. С. 404-411. DOI: 10.17586/0021-3454-2017-60-5-404-411.
Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Самопроверяемые дискретные устройства. СПб. : Энергоатомиздат, 1992. 224 с.
Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Самопроверяемые тестеры для равновесных кодов // Автоматика и телемеханика. 1992. № 3. С. 3-35.