УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА В ТРЕХКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

Полезная модель относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использована в управляющих и вычислительных системах с возможностью восстановления процесса функционирования при сбоях, а также в системах отладки сложных управляющих комплексов.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является устройство для восстановления информации о состоянии системы (пат. РФ №1837292). Недостатком данного устройства является то, что оно реализует процедуру контроля и восстановления только для одноканальной системы.
Цель полезной модели - повышение надежности функционирования многоканальной системы за счет применения тестового контроля и восстановления по контрольным точкам с различным преобладанием для трех и двух канальной конфигурации, что позволяет классифицировать характер неисправности «Сбой» и «Отказ».
Сущность полезной модели состоит в следующем.
Система начинает работу в трехканальной конфигурации. В процессе функционирования контролируется наличие сигнала об окончании решения задачи и отсутствие сигнала о несовпадении результатов решения задачи. При получении сигнала о несовпадении результатов решения задачи в каналах устройство выдает в систему команду-инициатор на включение тестового контроля канала и переходит к приему и анализу результатов тестового контроля. Если результаты контроля покажут, что канал исправен, то устройство, получив сигнал о наличии очередной контрольной точки, сформирует команду на копирование данных из контрольной точки исправного канала. В противном случае канал признается отказавшим, и устройство формирует команду на исключение данного канала из конфигурации. Работа продолжается в двухканальном режиме.
В двухканальной конфигурации устройство контролирует сигналы от системы о несовпадении результатов решения задачи в каналах, об окончании решения задачи и о наличии очередной контрольной точки. Если результаты решения задачи в каналах различны, то устройство осуществляет выдачу команды-инициатора на восстановление канала по контрольным точкам. В случае успешного восстановления системы вычисления продолжаются. Записью данных в контрольных точках устройство не управляет. Если после n-кратного повторения участка программы система не восстановлена, устройство формирует команду на осуществление тестового контроля. При выявлении тестовым контролем отказавшего канала устройство выдает сигнал на исключение его из конфигурации.
В одноканальном режиме устройство не функционирует, т.к. нет необходимости тестировать оставшийся канал.
Устройство содержит (фиг.1): генератор синхронизирующих импульсов 1, ПЗУ 2 команд-инициаторов, ПЗУ 3 команд, регистры адреса неисправности 4, адреса команды-инициатора 5, команды 6, адреса команды 7, мультиплексоры логических условий 9-12, мультиплексор команд-инициаторов 8, устройства сравнения 13-15, триггер команды на формирование контрольной точки 16, триггер управления 17, коммутатор 18, элемент ИЛИ 19, первый 20 - третий 22 элементы И, первый 23 - третий 25 входы данных, первый 26.1 - третий 26.3 входы сигнала о контрольной точке, вход сигнала о тестовом контроле и контрольных точках 27, вход сигнала о конце копирования 28, вход результатов тестового контроля и контрольных точек 29, вход сигнала о конце задачи 30, выход команд-инициаторов 31, выход команд 32, выход команд-инициаторов 33 ПЗУ 2, выход адреса следующей команды инициатора 34 ПЗУ 2, выход адреса ЛУ 35 ПЗУ 2, выход команды 36 ПЗУ 3, выход адреса следующей команды 37 ПЗУ 3, выход адреса ЛУ 38 ПЗУ 3, выход адреса неисправности 39 регистра адреса неисправности 4, команды-инициаторы 34.1, 34.2 с кодом начальной установки мультиплексоров 9, 10, команды 37.1, 37.2 с кодом начальной установки мультиплексоров 11, 12.
Генератор синхронизирующих импульсов 1 предназначен для синхронизации работы устройства.
ПЗУ команд-инициаторов 2 служит для хранения и выдачи команд-инициаторов, адреса следующей команды-инициатора и логических условий.
ПЗУ команд 3 необходимо для хранения и выдачи команд, адреса следующей команды и логических условий.
Регистр адреса неисправности 4 осуществляет прием, хранение и выдачу на адресный вход мультиплексора команд-инициаторов 8 кода о неисправном канале.
Регистр адреса команды-инициатора 5 выполняет прием, хранение и выдачу адреса команды-инициатора на вход ПЗУ команд-инициаторов 2.
Регистр команды 6 предназначен для приема, хранения и выдачи команд в систему.
Регистр адреса команд 7 служит для приема, хранения и выдачи адреса очередной команды на вход ПЗУ команд 3.
Мультиплексор команд-инициаторов 8 необходим для выдачи в систему команд-инициаторов из ПЗУ команд-инициаторов 2 в зависимости от адреса на регистре адреса неисправности 4.
Первый 9 мультиплексор логических условий предназначен для модификации младшего разряда адреса команды-инициатора в зависимости от адреса на регистре адреса неисправности 4.
Второй 10 мультиплексор логических условий осуществляет модификацию старшего разряда адреса команды-инициатора, при наличии очередной контрольной точки.
Третий 11 мультиплексор логических условий служит для модификации младшего разряда адреса команды в зависимости от результатов тестового контроля и контрольных точек.
Четвертый 12 мультиплексор логических условий необходим для модификации старшего разряда адреса команды при наличии сигнала о конце решаемой задачи.
Первое, второй и третье устройство сравнения 13-15 формируют код на выход регистра адреса неисправности 4 об отказавшем (сбившемся) канале.
Триггер команды на формирование контрольной точки 16 формирует управляющие сигналы.
Триггер управления 17 осуществляет управление вторым входом второго 21 элемента И.
Коммутатор 18 предназначен для формирования на вход данных второго 10 мультиплексора логических условий логического условия о наличии контрольной точки.
Элемент ИЛИ 19 управляет первым элементом И 20 при наличии сигналов от любого из четырех мультиплексоров логических условий 9-12.
Первый элемент И 20 формирует серии синхронизирующих импульсов на вход синхронизации регистра адреса команды-инициатора 5 и на вход синхронизации регистра адреса команды 7, при наличии единичного сигнала на выходе элемента ИЛИ 19.
Второй элемент И 21 служит для управления элементом 2 И-3 ИЛИ 18 при единичном состоянии обоих триггеров управления 16, 17.
Третий элемент И 22 осуществляет формирование серии синхронизирующих импульсов на вход регистра команды 6 при наличии единичного сигнала в определенном разряде на выходе команды 36 ПЗУ команд 3.
Входы данных 23-25 служат для подачи данных на устройства сравнения.
Входы сигнала о наличии контрольной точки 26.1-26.3 выполняют формирование логического условия на вход данных второго 10 мультиплексора логических условий.
Вход сигнала об окончании тестового контроля и восстановления по контрольной точке 27 необходим для приема сигнала от системы об окончании тестового контроля или восстановления по контрольным точкам.
Вход сигнала об окончании копирования 28 предназначен для приема сигнала от системы об окончании копирования содержимого контрольной точки.
Вход результатов тестового контроля и восстановления по контрольной точке 29 служит для приема от системы сведений о результатах тестового контроля и восстановления по контрольной точке.
Вход сигнала об окончании задачи 30 осуществляет прием от системы сигнала об окончании решения задачи.
Выход 31 выдает в систему команды-инициаторы: Останов канала(ов), Тестовый контроль, Контрольная точка, Копирование.
Выход 32 необходим для выдачи в систему команд о реконфигурации системы: 2/3, А, В, С, Запрет.
Выход команды-инициатора 33 предназначен для выдачи команды-инициатора на вход данных мультиплексора команд-инициаторов 8.
Выход адреса следующей команды инициатора 34 служит для выдачи адреса следующей команды-инициатора на вход данных регистра адреса команды-инициатора 5.
Выход адреса логических условий 35 осуществляет выдачу логических условий на адресные входы первого и второго мультиплексора логических условий 9, 10.
Выход команды 36 необходим для выдачи команды на реконфигурацию системы на вход данных регистра команды 6.
Выход адреса очередной команды 37 предназначен для выдачи адреса очередной команды на вход данных регистра адреса команды 7.
Выход адреса логических условий 38 выполняет выдачу логических условий на адресные входы третьего и четвертого мультиплексоров логических условий 11, 12.
Выход адреса неисправности 39 осуществляет выдачу на адресный вход мультиплексора команд-инициаторов 8, на группу входов данных мультиплексора логических условий 9 кода о неисправном канале
Принцип действия устройства состоит в следующем. Устройство начинает работу в конфигурации 2/3, при этом формируются сигналы на осуществление тестового контроля, на восстановление канала по контрольной точке и при необходимости на реконфигурацию системы. Устройство функционирует следующим образом, в конфигурации 2/3 при несовпадении результатов решения задачи в каналах устройство формирует сигнал на проведение тестового контроля сбившегося канала на основании кода с выхода адреса неисправности 39 регистра адреса неисправности 4. В случае признания канала исправным по результатам тестового контроля, устройство формирует команду на восстановление канала по контрольным точкам. Если восстановление успешно завершилось, то система продолжает функционировать в конфигурации 2/3. В противном случае устройство выдает команду на исключение неисправного канала из конфигурации. Исключение неисправного канала из конфигурации также может быть осуществлено по результатам тестового контроля.
В двухканальной конфигурации при несовпадении результатов решения задачи в каналах устройство формирует команду на восстановление каналов по контрольным точкам. При успешном восстановлении системы функционирование продолжается в двухканальной конфигурации. В противном случае устройство формирует команду на тестовый контроль системы. По результатам тестового контроля неисправный канал исключается из конфигурации. В одноканальном режиме устройство не функционирует, т.к. встроенные средства контроля каналов отсутствуют.
Устройство работает следующим образом. Перед началом работы устройство находится в исходном состоянии: регистры 4, 5, 6 обнулены, в регистре 6 записана команда конфигурации системы 2/3, триггеры 16, 17 в нулевом состоянии, выход 33 обнулен, на выходе 34 адрес очередной команды-инициатора, на выходе 35 текущее логическое условие, на выходе 36 команда на конфигурацию системы 2/3, на выходе 37 адрес следующей команды, на выходе 38 адрес текущего логического условия, остальные выходы обнулены.
Устройство может функционировать в одном из трех режимов: «Отказ канала», «Сбой канала», «Конец задачи».
Режим «Отказ канала» (фиг.2.). Данные из системы поступают через входы 23-25 на устройства сравнения. При несовпадении данных с первого 13 - третьего 15 устройств сравнения полученный код о неисправности запишется по первому тактовому импульсу с первого выхода генератора синхронизирующих импульсов 1 в регистр адреса неисправности 4. Полученный адрес с выхода 39 регистра неисправности 4 поступает на адресный вход мультиплексора команд-инициаторов 8 и подключает его выход 31 к отказавшему или сбившемуся каналу. Одновременно адрес с регистра неисправности 4 поступает на группу входов данных мультиплексора логических условий 9, при выполнении логического условия модифицируется младший разряд очередного адреса команды-инициатора 9.1 на выходе адреса следующей команды-инициатора 34 ПЗУ команд-инициаторов 2 и поступает на вход данных регистра адреса команды-инициатора 5. При этом на выходе элемента ИЛИ 19 в результате модификации адреса появится единичный сигнал и разрешит проход тактовых импульсов со второго выхода генератора синхронизирующих импульсов 1 через элемент И 20 и затем следующий адрес команды-инициатора в регистр адреса команды-инициатора 5. С выхода этого регистра адрес поступит на вход ПЗУ команд-инициаторов 2 и сменит код команды 33. ПЗУ команд-инициаторов 2 сменит адрес следующей команды-инициатора на выходе 34 и логические условия на выходе 35. Команда-инициатор приходит с выхода 33 ПЗУ команд-инициаторов 2 на вход данных мультиплексора команд-инициаторов 8 и проходит через него в канал. При отказе первого канала выдается команда «Останов» канала и «Тестовый контроль». Результаты тестового контроля через вход 29 поступают на группу данных мультиплексора логических условий 11. Если текущее логическое условие выполняется, то с выхода мультиплексора логических условий 11 поступает единичный сигнал и модифицирует следующий адрес команды 11.1, который записывается в регистр адреса команды 7 через открытый элемент И 20 тактовыми импульсами со второго выхода генератора синхронизирующих импульсов 1. С выхода регистра адреса команды 7 сигнал поступает на вход ПЗУ команд 3, устанавливает на его выходе данные характерные для данного адреса. С выхода 36 ПЗУ команд 3 команда поступает на вход данных регистра команды 6. Один из разрядов 36.1 открывает элемент И 22, и через него на вход синхронизации регистра команды 6 поступают синхронизирующие импульсы с третьего выхода генератора синхронизирующих импульсов 1 и записывают в него команду. Для трехканального и двухканального режимов работы характерны команды: А; В; С; Запрет.
Режим «Сбой канала» (фиг.3.). Включение тестового контроля и механизма контрольных точек происходит так же, как и в первом режиме. Результаты контроля и восстановления поступают через вход 29 на мультиплексор логических условий 11. Т.к. контроль канала показал, что канал неисправен - модификация адреса не происходит и по тактовым импульсам с четвертого выхода генератора синхронизирующих импульсов 1 триггер управления 17 устанавливается в единичное состояние, т.к. на выходе мультиплексора логических условий 11 нулевой уровень, а единичный вход триггера управления 17 инверсный.
Сигнал об окончании тестового контроля или о конце восстановления по контрольной точке поступает на вход 27 и через него на единичный вход триггера команды на формирование контрольной точки 16 и по тактовому импульсу с четвертого выхода генератора синхронизирующих импульсов 1 триггер 16 устанавливается в единичное состояние. Единичные состояния триггеров 16 и 17 формируют на выходе элемента И 21 единичный сигнал, который готовит коммутатор 18 для приема сигналов о наличии контрольной точки. При получении с входов 26.1-26.3 этих сигналов на выходе коммутатора 18 формируется единичный сигнал, который поступает на вход данных мультиплексора логических условий 10. При выполнении условия на выходе мультиплексора логических условий 10 формируется единичный сигнал, который модифицирует старший разряд команды-инициатора 10.1. На выходе элемента ИЛИ 19 формируется единичный сигнал, который открывает элемент И 20 и разрешает происхождение тактовых импульсов со второго выхода генератора синхронизирующих импульсов 1 на вход синхронизации регистра адреса команды-инициатора 5, записывая тем самым новый адрес в данный регистр. Поступая на вход ПЗУ команд-инициаторов 2, новый адрес устанавливает на его выходах атрибуты характерные для этого адреса. С выхода 33 ПЗУ команд-инициаторов 2 через мультиплексор команд-инициаторов 8 выдается команда на копирование на выход 31. Режим «сбоя» заканчивается при получении на вход 28 сигнала об окончании копирования. Этот сигнал поступает на нулевой вход триггера 16. По тактовому импульсу с четвертого выхода генератора синхронизирующих импульсов 1 триггер 16 устанавливается в нулевое состояние и запирает элемент И 21.
В режиме «Конец задачи» (фиг.4.) сигнал об окончании решения задачи поступает на вход 30 и далее на группу входов данных мультиплексора логических условий 12. Если данное условие выполняется, то на выходе мультиплексора логических условий 12 формируется единичный сигнал, который модифицирует следующий адрес команды 12.1 на выходе 37 в старшем разряде, формирует на выходе элемента ИЛИ 19 единичный сигнал, открывая тем самым элемент И 20, и разрешает прохождение тактовых импульсов со второго выхода генератора синхронизирующих импульсов 1 на вход синхронизации регистра адреса команды 7, при этом в него записывается модифицированный адрес. С выхода регистра адреса команды 7 адрес поступает на вход ПЗУ команд 3 и устанавливает на его выходах атрибуты характерные для данной команды. Команда с выхода 36 ПЗУ команд 3 поступает на вход данных регистра команды 6, открывая по 36.1 элемент И 22, и разрешает проход синхронизирующих импульсов. По тактовым импульсам команда «Запрет» записывается в регистр команды 6 и через выход 32 поступает в систему.
Таким образом, разработанное устройство повышает надежность функционирования многоканальной системы, за счет применения тестового контроля и восстановления по контрольным точкам с различным преобладанием для трех и двух канальной конфигурации.