РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ СЧЕТЧИК
BACKUP COUNTER

Изобретение относится к вычислительной и импульсной технике и может быть использовано при построении высоконадежных резервированных систем для счета и обработки цифровой информации.
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.
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.
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.
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.
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.
Задача изобретения - упрощение устройства за счет уменьшения межканальных связей.
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.
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.
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.
1
2
n
0
2
n
1
0
1
2
n
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 P, разрешающий параллельную запись в n-разрядный счетчик 5 кодовой информации выходной шины блока из n мажоритарных элементов 4, на втором выходе формируется импульс Р, разрешающий параллельную запись в первый регистр сдвига 6 кодовой информации выходной шины n-разрядного счетчика 5, на третьем выходе формируется последовательность из n импульсов T частотой следования Т. Будем считать, что первым по времени формируется импульс Р, далее формируется последовательность импульсов T и затем формируется импульс P. Будем также предполагать, что период следования входных импульсов Т>nT, а за время Т формируются все сигналы с выходов блока управления 3: импульсы Р, Р и последовательность T.
1
2
n
2
n
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 P, Р и T блоком управления 3. Вырабатываемый первым по времени сигнал Р осуществляет параллельную запись в первый регистр сдвига 6 кодовой информации выходной шины n-разрядного счетчика 5. Формируемая далее последовательность T 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 T 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).
1
1
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 P 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 P в момент записи в n-разрядный счетчик 5 всех каналов кодового состояния блока из n мажоритарных элементов 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.
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.
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.
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.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР №982197, кл. Н03К 21/40, 1982. Резервированный счетчик импульсов.
2. Патент Российской Федерации №2103815, кл. 7 Н03К 21/40, 21/10, 23/50 от 27.01.98. Резервированный счетчик.