Российский университет транспорта (МИИТ) (Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте», Профессор)
ООО «НИПИ «ТрансСтройбезопасность» (Заместитель генерального директора по научно-исследовательской работе)
Ташкентский государственный транспортный университет (Кафедра «Автоматика и телемеханика», Профессор)
Россия
УДК 681.518.5 Системы автоматического контроля и технической диагностики
Описаны особенности организации контроля вычислений на выходах блоков конечных автоматов с использованием взвешенных кодов с суммированием и свойств самодвойственных и «близких» к ним самоквазидвойственных булевых функций. Предложена структура организации контроля вычислений по нескольким диагностическим признакам, основанная на использовании принципа логической коррекции сигналов от объекта диагностирования. Разработан алгоритм доопределения значений функций логической коррекции, используемый на этапе проектирования самопроверяемого дискретного устройства. Алгоритм подразумевает учет двух диагностических свойств: 1) каждый булев вектор на выходе блока коррекции сигналов в схеме встроенного контроля должен принадлежать множеству кодовых слов взвешенного кода с суммированием; 2) каждая функция, описывающая разряды булевых векторов, формируемых на выходах блока коррекции сигналов, должна быть самоквазидвойственной. Предложенный алгоритм позволяет синтезировать колоссальное количество вариаций схем встроенного контроля с различными показателями эффективности. Их использование на практике дает возможность выбора наилучшего способа организации схемы встроенного контроля по тому или иному критерию. Найдены некоторые оценки количества способов построения схем встроенного контроля для заданного числа входов и выходов объекта диагностирования. Предложенный метод универсален и может быть использован совместно с произвольными равномерными блоковыми кодами. Это, однако, потребует учета свойств кодов для обеспечения формирования проверяющих тестов на элементы схемы встроенного контроля в процессе эксплуатации самопроверяемого устройства. Полученные в исследовании результаты могут быть использованы при синтезе дискретных устройств с обнаружением неисправностей.
самопроверяемое дискретное устройство; самопроверяемый конечный автомат; схема встроенного контроля; взвешенный код с суммированием; самодвойственная булева функция; самоквазидвойственная булева функция; логическая коррекция сигналов в самоквазидвойственные; контроль вычислений по двум диагностическим признакам
1. Пархоменко П. П. Основы технической диагностики (оптимизация алгоритмов диагностирования, аппара- турные средства) / П. П. Пархоменко, Е. С. Согомонян. — М.: Энергоатомиздат, 1981. — 320 с.
2. Согомонян Е. С. Самопроверяемые устройства и отка- зоустойчивые системы / Е. С. Согомонян, Е. В. Сла- баков. — М.: Радио и связь, 1989. — 208 с.
3. Микони С. В. Общие диагностические базы знаний вычислительных систем / С. В. Микони. — СПб.: Санкт- Петербургский институт информатики и автоматизации, 1992. — 234 с.
4. Abramovici M. Digital System Testing and Testable Design / М. Abramovici, М. А. Breuer, A. D. Friedman. — New Jersey: IEEE Press, 1998. — 652 p.
5. Ланцов В. Н. Современные подходы к проектированию и тестированию интегральных микросхем / В. Н. Ланцов, С. Г. Мосин. — Владимир: Издательство Владимирского государственного университета, 2010. — 285 с.
6. Dubrova E. Fault-Tolerant Design / Е. Dubrova. — N. Y.: Springer Science + Business Media, 2013. — XV+185 p. — DOI:https://doi.org/10.1007/978-1-4614-2113-9.
7. Дрозд А. В. Рабочее диагностирование безопасных информационно-управляющих систем / А. В. Дрозд, В. С. Харченко, С. Г. Антощук [и др.]; под ред. А. В. Дрозда, В. С. Харченко. — Харьков: Национальный аэрокосми- ческий университет им. Н. Е. Жуковского «ХАИ», 2012. — 614 с.
8. Ubar R. Structural Decision Diagrams in Digital Test: Theory and Applications / R. Ubar, J. Raik, M. Jenihhin, A. Jutman. — Springer Nature Switzerland AG, 2024. — XIII+595 p. — DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-44734-1.
9. Sahana A. R. Application of Error Detection and Correction Techniques to Self-Checking VLSI Systems: An Overview / A. R. Sahana, V. Chiraag, G. Suresh, Р. Thejaswini, S. Nandi // Proceedings of 2023 IEEE Guwahati Subsection Confe- rence (GCON). — Guwahati. — 2023. — DOI: 10.1109/ GCON58516.2023.10183449.
10. Chioktour V. Adaptive BIST for Concurrent On-Line Testing on Combinational Circuits / V. Chioktour, A. Kakaroun- tas // Electronics. — 2022. — Vol. 19. — Issue 11. — Pp. 1–20. — DOI: https://doi.org/10.3390/electronics11193193.
11. Göessel M. New Methods of Concurrent Checking: Edition 1 / М. Göessel, V. Ocheretny, Е. Sogomonyan, D. Marienfeld. — Dordrecht: Springer Science+Business Media B.V., 2008. — 184 p.
12. Сапожников Вл. В. Организация функционального кон- троля комбинационных схем методом логическогодополнения / Вл. В. Сапожников, В. В. Сапожников, А. В. Дмитриев, А. В. Морозов, М. Гессель // Электронное моделирование. — 2002. — Т. 24. — № 6. — С. 52–66.
13. Гессель М. Логическое дополнение — новый метод кон- троля комбинационных схем / М. Гессель, А. В. Морозов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. — 2003. — № 1. — С. 167–176.
14. Яблонский С. В. Функции алгебры логики и классы Поста / С. В. Яблонский, Г. П. Гаврилов, В. Б. Кудрявцев. — М.: Наука, 1966. — 120 с.
15. Шалыто А. А. Логическое управление. Методы аппарат- ной и программной реализации / А. А. Шалыто. — СПб.: Наука, 2000. — 780 c.
16. Reynolds D. A. Fault Detection Capabilities of Alternating Logic / D. A. Reynolds, G. Meize // IEEE Transactions on Computers. — 1978. — Vol. C-27. — Issue 12. — Pp. 1093– 1098. — DOI: https://doi.org/10.1109/TC.1978.1675011.
17. Аксёнова Г. П. Восстановление в дублированных устрой- ствах методом инвертирования данных / Г. П. Аксё- нова // Автоматика и телемеханика. — 1987. — № 10. — С. 144–153.
18. Saposhnikov Vl. V. Self-Dual Parity Checking — a New Method for on Line Testing / Vl. V. Saposhnikov, А. Dmitriev, М. Goessel, V. V. Saposhnikov // Proceedings of 14th IEEE VLSI Test Symposium. — USA, Princeton, 1996. — Рp. 162–168.
19. Гессель М. Самотестируемая структура для функцио- нального обнаружения отказов в комбинационных схе- мах / М. Гессель, А. В. Дмитриев, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. — 1999. — № 11. – С. 162–174.
20. Гессель М. Обнаружение неисправностей в комбинаци- онных схемах с помощью самодвойственного контро- ля / М. Гессель, А. В. Дмитриев, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. — 2000. — № 7. — С. 140–149.
21. Сапожников В. В. Самодвойственные дискретные устройства / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, М. Гессель. — СПб: Энергоатомиздат (Санкт-Петербург- ское отделение), 2001. — 331 с.
22. Сапожников В. В. О синтезе самодвойственных логиче- ских схем с памятью / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапож- ников, Р. Ш. Валиев // Электронное моделирование. — 2004. — Т. 26. — № 2. — С. 39–57.
23. Сапожников В. В. Синтез самодвойственных дискрет- ных систем / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Р. Ш. Валиев. — СПб: Элмор, 2006. — 220 с.
24. Гессель М. Построение самопроверяемых комбинаци- онных схем на основе свойств самодвойственных функций / М. Гессель, А. А. Морозов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. — 2000. — № 2. — С. 151–163.
25. Efanov D. Self-Dual Complement Method up to Constant- Weight Codes for Arrangement of Combinational Logical Circuits Concurrent Error-Detection Systems / D. Efanov, V. Sapozhnikov, Vl. Sapozhnikov Vl., G. Osadchy, D. Pivovarov // Proceedings of 17th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2019). — Batumi, Georgia. — September 13–16, 2019. — Рp. 136–143. — DOI: 10.1109/ EWDTS.2019.8884398.
26. Ефанов Д. В. Обнаружение неисправностей в комбинационных схемах на основе самодвойственного дополнения до равновесных кодов / Д. В. Ефанов, В. В. Сапож- ников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Пивоваров // Труды Института системного программирования РАН. — 2019. — Т. 31. — № 1. — С. 115–132. — DOI: 10.15514/ ISPRAS-2019-31(1)-8.
27. Ефанов Д. В. Исследование свойств самодвойственных комбинационных устройств с контролем вычислений на основе кодов Хэмминга / Д. В. Ефанов, Т. С. Погодина // Информатика и автоматизация. — 2023. — Т. 22. — № 2. — C. 349–392. — DOI:https://doi.org/10.15622/ia.22.2.5.
28. Ефанов Д. В. Самодвойственные цифровые устройства с контролем вычислений по кодам Сяо / Д. В. Ефанов, Т. С. Погодина // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. — 2023. — № 63. — С. 118–136. — DOI:https://doi.org/10.17223/19988605/63/14.
29. Гессель М. Обнаружение неисправностей в самопро веряемых комбинационных схемах с использованием свойств самодвойственных функций / М. Гессель, В. И. Мошанин, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика и телемеханика. — 1997. — № 12. — С. 193– 200.
30. Яблонский С. В. Введение в дискретную математику: учеб. пособие / С. В. Яблонский; под ред. В. А. Садовничева. — 4-е изд., стер. — М.: Высшая школа, 2003. — 384 с.
31. Ефанов Д. В. Особенности реализации самопроверяемых структур на основе метода инвертирования данных и линейных кодов / Д. В. Ефанов // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычисли- тельная техника и информатика. — 2023. — № 65. — С. 126–138. — DOI: https://doi.org/10.17223/19988605/65/13.
32. Сапожников В. В. Методы синтеза надежных автоматов / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников. — Л.:
33. Сапожников В. В. Дискретные автоматы с обнаружени ем отказов / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1984. — 112 с.
34. Berger J. M. A Note on Error Detection Codes for Asymme- tric Channels / J. M. Berger // Information and Control. — 1961. — Vol. 4. — Issue 1. — Pp. 68–73. — DOI: 10.1016/ S0019-9958(61)80037-5.
35. The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences: Электронный ресурс. — Режим доступа: URL: https:// oeis.org. — (дата обращения — 23.01.2025).
36. Berger J. M. A Note on Burst Detection Sum Codes / J. M. Berger // Information and Control. — 1961. — Vol. 4. — Issue 2–3. — Pp. 297–299. — DOI: https://doi.org/10.1016/S0019- 9958(61)80024-7.
37. Das D. Weight-Based Codes and Their Application to Concurrent Error Detection of Multilevel Circuits / D. Das, N. A. Touba // Proceedings of 17th IEEE Test Symposium. — California, USA, 1999. — Pp. 370–376. — DOI: 10.1109/ VTEST.1999.766691.
38. Дмитриев В. В. О двух способах взвешивания и их влиянии на свойства кодов с суммированием взвешенных пере- ходов в системах функционального контроля логических схем / В. В. Дмитриев // Известия Петербургского универ- ситета путей сообщения. — 2015. — № 3. — С. 119–129.
39. Сапожников В. В. Взвешенные коды с суммированием для организации контроля логических устройств / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов // Электронное моделирование. — 2014. — Т. 36. — № 1. — С. 59–80.
40. Efanov D. V. Using Codes with Summation of Weighted Bits to Organize Checking of Combinational Logical Devices / D. V. Efanov, V. V. Sapozhnikov, Vl. V. Sapozhnikov // Automatic Control and Computer Sciences. — 2019. — Vol. 53. — Issue 1. — Pp. 1–11. — DOI: 10.3103/ S0146411619010061.
41. Ефанов Д. В. Модульные коды с суммированием с после- довательностью весовых коэффициентов, образующей натуральный ряд чисел за исключением степеней двойки / Д. В. Ефанов, Е. И. Елина // Автоматика на транс- порте. — 2024. — Т. 10. — № 3. — С. 296–330. — DOI: https://doi.org/10.20295/2412-9186-2024-10-03-296-330.
42. Das D. Cost Concurrent Error Detection Based on Modulo Weight-Based Codes / D. Das, N. A. Touba, M. Seuring, M. Gossel // Proceedings of the IEEE 6th International On-Line Testing Workshop (IOLTW). — Spain, Palma de Mallorca. — July 3–5, 2000. — Рp. 171–176. — doi: 10.1109/ OLT.2000.856633.
43. Сапожников В. В. Самопроверяемые дискретныеустрой- ства / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников. — СПб: Энергоатомиздат, 1992. — 224 с.
44. Сапожников В. В. Коды с суммированием для систем технического диагностирования. Т. 1: Классические коды Бергера и их модификации / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов. — М.: Наука, 2020. — 383 с.
45. Сапожников В. В. Коды с суммированием для систем технического диагностирования. Т. 2: Взвешенные коды с суммированием / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов. — М.: Наука, 2021. — 455 с.
46. Карибский В. В. Основы технической диагностики: в 2-х кн. Кн. I. Модели объектов, методы и алгоритмы диагноза / В. В. Карибский, А. А. Пархоменко, Е. С. Сого- монян, В. Ф. Халчев; под ред. П. П. Пархоменко. — М.: Энергия, 1976. — 464 с.
47. Сапожников В. В. Основы технической диагностики / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников. — М.: Маршрут, 2004. — 318 с.
48. Lala P. K. Self-Checking and Fault-Tolerant Digital Design / Р. К. Lala. — San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 2001. — 216 p.
49. Dmitriev A. New Self-Dual Circuits for Error Detection and Testing / А. Dmitriev, V. Saposhnikov, V. Saposhnikov, М. Goessel // VLSI Design. — 2000. — Vol. 11. — Issue 1. — Pp. 1-21. — DOI:https://doi.org/10.1155/2000/84720.
50. Ефанов Д. В. Тестеры самодвойственных и «близких» к ним сигналов / Д. В. Ефанов, Д. В. Пивоваров // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. — 2024. — Т. 67. — № 1. — С. 5–19. — DOI:https://doi.org/10.17586/0021- 3454-2024-67-1-5-19.
51. Carter W. C. Self-Checking Error Checker for Two-Rail Coded Data / W. C. Carter, К. А. Duke, P. R. Schneider // United States Patent Office. filed July 25, 1968. Ser. 747533, patented Jan. 26. — N. Y., 1971. — 10 p.
52. Efanov D. V. Method for Testing Combinational Circuits by Multiple Diagnostic Features Using Weight-Based Sum Codes Properties / D. V. Efanov, D. V. Pivovarov, Vissio N. Cortegoso, А. О. Kuptsov, D. E. Egorov // Automation. — 2025. — Vol. 6. — Issue 1. — Pp. 1–20. — DOI: 10.3390/ automation6010006.
53. Saposhnikov V. New Code for Fault Detection in Logic Circuits / V. Saposhnikov, Vl. Saposhnikov Vl. // Proceedings of 4th International Conference on Unconventional Electromechanical and Electrical Systems. — St. Petersburg, Russia. — June 21–24. — 1999. — Рp. 693–696.
54. Мехов В. Б. Контроль комбинационных схем на основе модифицированных кодов с суммированием / В. Б. Мехов, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников // Автоматика ителемеханика. — 2008. — № 8. — С. 153–165.
55. Аксёнова Г. П. Необходимые и достаточные условия построения полностью проверяемых схем свертки по модулю 2 / Г. П. Аксёнова // Автоматика и телемехани- ка. — 1979. — № 9. — С. 126–135.
56. Закревский А. Д. Логические основы проектирования дискретных устройств / А. Д. Закревский, Ю. В. Поттосин, Л. Д. Черемисинова. — М.: Физматлит, 2007. — 592 с.
57. Ефанов Д. В. Синтез самопроверяемых цифровых устройств на основе логической коррекции сигналов с применением взвешенных кодов Боуза–Лина / Д. В. Ефанов, Е. И. Елина // Проблемы управления. — 2024. — № 4. — С. 26–43. — DOI: http://doi.org/10.25728/ pu.2024.4.3.
58. Грэхем Р. Л. Конкретная математика. Математические основы информатики: пер. с англ. / Р. Л. Грэхем, Д. Э. Кнут, О. Паташник. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2017. — 784 с.
59. Сапожников В. В. Новые структуры систем функциональ- ного контроля логических схем / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Д. В. Ефанов, В. В. Дмитриев // Автоматика ителемеханика. — 2017. — № 2. — С. 127–143.
60. Drozd A. Checkability of the Digital Components in Safety- Critical Systems: Problems and Solutions / A. Drozd, V. Kharchenko, S. Antoshchuk, J. Sulima, M. Drozd // Proceedings of 9th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2011). — Sevastopol, Ukraine. — 2011. — Pp. 411– 416. DOI: https://doi.org/10.1109/EWDTS.2011.6116606. 61. Drozd O. Hidden Fault Analysis of FPGA Projects for Critical Applications / О. Drozd, I. Perebeinos, O. Martynyuk, K. Zashcholkin, O. Ivanova, M. Drozd // Proceedings of the IEEE International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). — 25–29 February, 2020. — Lviv- Slavsko, Ukraine. — P. 142. — DOI:https://doi.org/10.1109/TCSET49122. 2020.235591.
61. Сапожников Вл. В. Синтез систем управления движением поездов на железнодорожных станциях с исключением опасных отказов / Вл. В. Сапожников. — М.: Наука, 2021. — 229 с.
