Нелінійний багатоканальний сигнатурний аналізатор з локалізацією помилок

Нелінійний багатоканальний сигнатурний аналізатор з локалізацією помилок, який містить групу інформаційних входів, вхід синхронізації, групу з n дворозрядних регістрів (де n - ступінь утворюючого полінома або кількість розрядів сигнатурного аналізатора), першу групу суматорів за модулем три, групу схем множення на 2 за модулем три, групу схем шифраторів та групу логічних схем АБО, при цьому інформаційні входи підключаються до входів відповідних шифраторів групи, виходи яких з'єднуються з входами групи відповідних схем АБО, виходи яких підключаються до групи відповідних схем множення на два за модулем три, виходи яких підключені до входів відповідних суматорів за модулем три групи, виходи яких підключені до входів відповідних дворозрядних регістрів, який відрізняється тим, що в нього введені три логічні схеми AND, генератор одиночного імпульсу, друга група дворозрядних регістрів, блок синдрому помилки, схема множення на два за модулем три, друга група з двох суматорів за модулем три, група з двох блоків віднімання за модулем три, група з чотирьох блоків порозрядного порівняння, регістр, логічна схема АБО, лічильник, вхід діагностування, вхід запуску приладу, входи еталона, при цьому виходи дворозрядних регістрів першої групи з'єднуються з другою групою входів суматорів за модулем три другої групи та другою групою входів U 2 UA 1 3 призначений для послідовної обробки цифрового коду. Найбільш близьким до того, що пропонується технічним рішенням, вибраним як прототип, є пристрій [2], який містить дворозрядні регістри, суматори за модулем три, схеми множення на 2 за модулем три, схеми шифраторів на кожний інформаційний цифровий сигнал та логічні схеми АБО для виділення сигналів. Недоліком цього пристрою є неможливість визначення помилкової інформації, яка поступає на входи пристрою. В основу корисної моделі поставлено задачу розширення функціональних можливостей нелінійного багатоканального сигнатурного аналізатора за рахунок визначення входу пристрою, з якого надходить помилкова інформація. Такого результату можна досягти, якщо у нелінійний багатоканальний сигнатурний аналізатор, який містить групу інформаційних входів, вхід синхронізації, першу групу з n дворозрядних регістрів (де n - ступінь утворюючого полінома або кількість розрядів сигнатурного аналізатора), першу групу суматорів за модулем три, групу схем множення на 2 за модулем три, схеми шифраторів на кожний інформаційний цифровий сигнал, групу логічних схем АБО для виділення сигналів додатково введені три логічні схеми AND, генератор одиночного імпульсу, друга група дворозрядних регістрів, блок синдрому помилки, схема множення на два за модулем три, друга група з двох суматорів за модулем три, група з двох блоків віднімання за модулем три, група з чотирьох блоків порозрядного порівняння, регістр, логічна схема АБО, лічильник, вхід діагностування, вхід запуску приладу, входи еталона, при цьому інформаційні сигнали підключаються до відповідних шифраторів, виходи яких з'єднуються з входами відповідних схем АБО, виходи яких підключаються до відповідних схем множення на два за модулем три, виходи яких підключені до входів першої групи суматорів за модулем три, виходи яких підключені до відповідних входів дворозрядних регістрів першої групи, виходи яких з'єднуються з другою групою відповідних входів суматорів за модулем три другої групи та другою групою відповідних входів блоків віднімання за модулем три, виходи кожного блока другої групи суматорів за модулем три та кожного блока віднімання за модулем три підключені до другої групи входів відповідного блока порозрядного порівняння, перші групи входів яких з'єднано з відповідними виходами дворозрядних регістрів другої групи, інформаційні входи яких підключені до входів еталона, а вхід синхронізації - до входів синхронізації дворозрядних регістрів першої групи, виходу першої логічної схеми AND і першого входу логічної схеми АБО, вихід якої з'єднано з входом синхронізації регістру, інформаційні входи якого підключені до відповідних виходів блоків порозрядного порівняння, а виходи регістру з'єднано з входами третьої логічної схеми AND, вихід якої підключений до першого входу другої логічної схеми AND та другого входу лічильника, перший вхід якого з'єднано з другим входом логічної схеми АБО, входом синхронізації блока синдрому помил 66709 4 ки та виходом другої логічної схеми AND, третій вхід якої підключений до входу синхронізації приладу і першому входу першої логічної схеми AND, другий вхід якої з'єднаний з входом запуску приладу, другий вхід другої логічної схеми AND підключений до входу діагностування і входу генератора одиночного імпульсу, вихід якого підключений до входу запису блока синдрому помилки, виходи якого з'єднано з першою групою входів другого суматора за модулем три другої групи суматорів за модулем три, першою групою входів другого блока блоків віднімання за модулем три та відповідними входами схеми множення на два за модулем три, виходи якої підключені до першої групи входів першого суматора за модулем три другої групи суматорів за модулем три і першою групою входів першого блока блоків віднімання за модулем три. Позитивним технічним результатом є те, що пристрій дозволяє отримувати сигнатуру паралельного потоку даних, при цьому можливо діагностування вхідних даних з визначенням входу, до якого надходить помилкова інформація. Це дає змогу значно розширити функціональні можливості нелінійного багатоканального сигнатурного аналізатора. При пошуку в патентній та науково-технічній літературі не виявлено об'єктів з ознаками, подібними до відмінних ознак технічного рішення, що заявляється, на підставі чого можна зробити висновок про відповідність його критерію "суттєві відмінності". На Фіг.1 наведена структурна схема пристрою в загальному виді. Пристрій включає: K інформаційних входів 1; групу шифраторів 21 - 2K; групу логічних схем АБО 31 - 3K; групу блоків 41 - 4n множення на два за модулем три; першу групу 5 1 - 5n суматорів за модулем три; три логічні схеми AND 6, 7, 18; генератор одиночного імпульсу 8; дві групи дворозрядних регістрів 91 - 9n, 191 - 19n; блок синдрому помилки 10; схема множення на два за модулем три 11; другу групу з двох суматорів за модулем три 121, 122; групу з двох блоків віднімання за модулем три 131,132; групу з чотирьох блоків порозрядного порівняння 141 - 144; регістр 15; логічна схема АБО 16; лічильник 17; вхід діагностування 20; вхід синхронізації приладу 21; вхід запуску приладу 22; входи еталона 23. Розглянемо принцип функціонування пристрою [2]. Матриця станів, яка пропонується в [2], може бути побудована на підставі характеристичного полінома над полем Галуа GF(3). При цьому кожний стовбець цієї матриці можна визначити відповідно виразу: hi  Six3h0, i  0,1 ...K , , (1) де hi - і-й стовбець матриці станів Н; K - кількість стовбців матриці станів; h0  10...0 T - ну льовий стовбець матриці станів; x 3 - операція множення за модулем три; S - супроводжуюча матриця, яка однозначно описує характеристичний поліном [3]: 5 a11 a12 a13 66709 aIi 6 0 0 1 1 aIn 1 0 0 ... 0 ... 0 0 S 0 1 0 0 ... 0 ... 0 1 ... 0 ... 0 S (2) 1 0 0 0 (3) 0 1 0 0 0 1 1 0 Відповідно (1) матриця станів для перших дванадцяти стовбців характеристичного поліному ... ... ... ... ... ... .. 0 0 0 ... 0 1 0 де 1jЄ{0,12} - коефіцієнти характеристичного , поліному. P( x )  x 4 3 x3 3 1 має вигляд, який наведений в табл. 1. P( x )  aIn xn 3 aIn  1xn1 3 ... 3 aIixi 3 ... 3 a12 x 3 a11 Наприклад, 4 для характеристичного полінома 3 P( x )  x 3 x 3 1 супроводжуюча матриця має вигляд: Таблиця 1 Номер рядка 1 2 3 4 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 2 0 0 1 0 3 1 0 0 1 4 1 1 0 0 Процес отримання сигнатури для вхідної послідовності (t) можна представити з допомогою виразу: sig ( t )  3 Six3ix3hi, i0n , (4) де 3 - сума за модулем три; i - і-й елемент вхідної послідовності. Матриця станів сигнатурного аналізатора [1, 2] може бути побудована і другим способом. У перший тригер регістра приладу [1] записується 1, а в інші - всі нулі (h0  10...0 ) . Це перший стан регістра, який є першим стовпцем матриці станів. Після цього послідовно проводяться зсуви попереднього стану та їх збереження. Зсуви відбуваються з урахуванням попереднього стану завдяки зворотнім зв'язках відповідно до ступенів утворюючого полінома. Розглянемо процес локалізації помилок у вхідної послідовності та визначення входу приладу, до якого ці помилки надходять. При стисненні вхідної послідовності в кожному з її елементів можуть виникати наступні помилки: замість значення елементу послідовності 0 одержана 1 (0 -> 1); замість значення елементу послідовності 0 одержана 2 (0 -> 2); замість значення елементу послідовності 1 одержаний 0 (1 -> 0); замість значення елементу послідовності 1 одержана 2 (1 -> 2); замість значення елементу послідовності 2 одержаний 0 (2 -> 0); замість значення елементу послідовності 2 одержана 1 (2 -> 1); Перераховані помилки можна розділити на дві групи. Перша група помилок, в якій спотворений елемент вхідної послідовності відрізняється від Номер стовпця 5 6 0 1 1 0 1 1 0 1 7 2 1 0 1 8 1 2 1 0 9 1 1 2 1 10 0 1 1 2 11 0 0 1 1 еталонного значення на 1. До цієї групи можна віднести наступні помилки: 0 -> 1,1 -> 0,1 -> 2,2 -> 1. При спотворенні і-го елементу вхідної послідовності еталонна сигнатура V відрізнятиметься від реально одержаної сигнатури sig v (t) на і-й стовпець матриці станів Н і є ознакою або синдромом помилки. При цьому якщо відбулася помилка вигляду 0 -> 1 або 1 -> 2, синдром помилки можна визначити по формулі: hi  sig  (t )  V . (5) У виразі (5) і далі операції віднімання і складання виконуються по модулю три. Якщо відбулася помилка вигляду 1 -> 0 або 2 -> 1, то синдром помилки визначається відповідно до виразу: hi  V  sig  (t ) . (6) Друга група помилок, в якій спотворений елемент вхідної послідовності відрізняється від еталонного значення на 2. До цієї групи можна віднести наступні помилки: 0 -> 2,2 -> 0. При виникненні такого виду помилок синдром hi можна визначити по формулі: hix3 2  sig(t )  V (7) для помилки 0 -> 2 або відповідно до виразу: hix3 2  V  sig( t ) (8) для помилки 2 -> 0. Таким чином, визначивши синдром помилки за допомогою виразів (5) - (8), можна встановити номер елементу вхідної послідовності, в якому ця помилка відбулася. Покажемо процес отримання сигнатури та визначення помилки на багатоканальному аналізаторі який має вісім каналів. Припустимо сигнатурний аналізатор обробляє послідовність  (t )GF3  10201002. Процес отримання сигнатури для цієї послідовності наведений в табл. 2. 7 66709 8 Таблиця 2 Регістр 91 92 93 94  (t )GF3 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 Матриця станів 1 1 0 1 0 0 1 0 2 0 Припустимо, що помилка виникає в шостому розряді вхідної послідовності, тоді  (t )GF3  10201002 або  (t )GF3  10201202. Сиг 1 0 1 1 0 Сигнатура 0 0 2 2 2 1 0 1 0 1 0 1 1 0 2 натури, які отримані при виникненні таких помилок визначаються в табл. 3 та табл. 4 відповідно. Таблиця 3 Регістр 91 92 93 94  (t )GF3 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 Матриця станів 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 2 0 1 0 1 1 0 Сигнатура 0 1 0 2 2 1 0 1 1 1 0 1 1 0 2 Таблиця 4 Регістр 9, 92 93 94  (t )GF3 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 Матриця станів 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 2 0 Визначимо синдроми можливих помилок. Синдром помилки вигляду 0 -> 1 є стовпець T h5  0110 . Синдром помилки вигляду 0->2 є T стовпець h5 x 3 2  0220 . Відповідно до виразів (5) і (7) набудемо значення еталонної сигнатури: V  sig 1( t )  hi  0102 V  sig  2 ( t )  hi x 3 2  0212 T T  0110  0220 T T  0022 T (9) T  0022 , (10) де sig1(t ) - сигнатура, яка містить помилку, що належить першій групі помилок, sig1(t ) - сигнатура, яка містить помилку, що належить другій групі помилок. При виникненні помилок вигляду 1 -> 0 і 1 -> 2 еталонною сигнатурою можна вважати результат згортки з табл. 3, а помилковими - результати з табл. 2 і табл.4. Тоді, відповідно до (5) і (6), і по аналогії з (9), набудемо наступного значення еталонних сигнатур: V  sig 1( t )  hi  0022 T  0110 T  0102 T V  sig 1( t )  hi  0212 T  0110 T  0102 (12) (11) T При виникненні помилок вигляду 2 -> 1 і 2 -> 0 еталонною сигнатурою можна вважати результат згортки з табл. 4, а помилковими - результати з 1 0 1 1 0 1 0 1 1 2 0 Сигнатура 0 2 1 2 2 1 0 1 2 табл.2 і табл. 3. Тоді, відповідно до (6) і (8), і по аналоги з (9) та (10), набудемо наступного значення еталонних сигнатур: T V  sig 1( t )  hi  01022  0110 V  sig  2 ( t )  hi x 3 2  0022 T  0220 T T  0212 T (13) T  0212 (14) Таким чином, процес визначення елементу вхідної послідовності, що містить помилку, полягає в обчисленні еталонного значення сигнатури на основі пошуку необхідного синдрому помилки. Синдром помилки hi може визначатися за допомогою послідовного зрушення першого стовпця h0  10...0 матриці станів Н сигнатурного аналізатора [1]. При цьому кількість зрушень, виконаних в пристрої [1] до моменту збігу з еталоном повинно відповідати номеру помилкового елементу вхідної послідовності. Якщо кількість зрушень, виконаних в пристрої [1] у момент збігу з еталоном перевищує довжину вхідної послідовності, то ухвалюється рішення про наявність помилок в декількох її елементах або виникненні багатократної помилки. Хай вхідна послідовність вводиться в сигнатурний аналізатор, який має K входів. Для того, щоб визначати вхід, до якого поступає помилковий елемент треба порівнювати еталонну сигнатуру з реальною та синдромом помилки відповідно вира 9 зам (9) - (14). Для виконання цих функцій до приладу [2] додано: три логічні схеми AND 6, 7, 18; генератор одиночного імпульсу 8; блок синдрому помилки 10; схема множення на два за модулем три 11; другу групу з двох суматорів за модулем три 121,122; групу з двох блоків віднімання за модулем три 131, 132; групу з чотирьох блоків порозрядного порівняння 141-144; регістр 15; логічна схема АБО 16; лічильник 17; другу групу дворозрядних регістрів 191 - 19n; вхід діагностування 20; вхід синхронізації 21; вхід запуску приладу 22; входи еталона 23. На Фіг.2 наведені часові діаграми роботи блоків сигнатурного аналізатора, який пропонується. Пристрій (Фіг.1) працює наступним чином. В початковому стані в регістрах 91-9n, 191-19n, 15, регістрах блока синдрому помилки 10 (Фіг. 2) записано код 0…0 (ланцюги встановлення в початковий стан не наведені). На входи 1 аналізатору паралельно подається перша група з K розрядів інформаційної послідовності з виходу об'єкта контролю, яка є реакцією на вхідні тестові дії, а на входах 23 пристрою встановлюється код еталона. На вхід 22 подається сигнал запуску пристрою, який дозволяє за сигналом синхронізації з виходу блока 6 (Фіг.2) записати в регістри 91 - 9n результат згортки (sig  (f)) вхідного паралельного потоку даних, що й є сигнатурою відповідно пристрою [2]. Той же сигнал синхронізації записує до регістрів 191 - 19n код еталона (V). блок синдрому помилки 141 - 144. Оскільки в регістрі блока синдрому помилки 10 записаний код 00…0, то на другі входи схем порівняння 141 - 144 подаватиметься код згортки. Кожна з схем 141-144 порівнює одержану сигнатуру з кодом еталона і формує на виході рівень логічного 0 при збігу реальної сигнатури з еталоном або логічну 1 при їх неспівпаданні. Перший сигнал синхронізації записує набутої ознаки збігу реальної і еталонної сигнатур в регістр 15. Якщо у вхідній послідовності відсутні помилки, то в регістрі 15 буде зафіксований код ознаки помилки 0000 і рівень логічного нуля з виходу елементу AND18 блокує надходження імпульсів синхронізації з виходу другого елементу AND 7. В цьому випадку ухвалюється рішення про правильну реакцію на тест пристрою, що перевіряється. Якщо у вхідній послідовності присутня помилка, то в регістрі 15 буде зафіксований код ознаки помилки 1111 і рівень логічної одиниці з виходу елементу AND18 (Фіг. 2) відкриє надходження імпульсів синхронізації з виходу другого елементу AND 7. При надходженні сигналу на вході 20, який дозволяє діагностування сигнатурного аналізатора, генератор одиночного імпульсу 8 сформує сигнал, який запише 1 в молодший розряд (тригер) блока синдрому помилки і, завдяки затримці розповсюдження сигналів в блоках 11-14, виконає повторний запис коду 1111 в регістр 15 (Фіг. 2). Перший імпульс синхронізації з виходу блока 7 спочатку буде зафіксований лічильником 17 (Фіг. 2), потім цей імпульс виконає зсув інформації в блоці синдрому помилки 10, формуючи новий синдром помилки, а також запише попередній код ознаки помилки в регістр 15. Блоки 11, 121, 122, 66709 10 131, 132 призначені для виконання наступних функцій: блоки 11 і 121 виконують обчислення відповідно до виразу (14); блоки 11 і 131 виконують обчислення відповідно до виразу (10); блок 122 виконує обчислення відповідно до виразів (11) і (13); блок 132 виконує обчислення відповідно до виразів (10) і (12). Імпульси синхронізації з виходу блока 7 будуть повторяться до моменту збігу коду еталона з кодом, який формується на виходах одного з блоків 121, 122, 131, 132 і записи логічного нуля в один з розрядів регістра 15. При цьому рівень логічного нуля з виходу елементу AND18 блокує надходження імпульсів синхронізації, а в лічильнику 17 буде зафіксований номер розряду вхідної послідовності, в якому відбулася помилка (Фіг. 2), відповідний номеру входу багатоканального сигнатурного аналізатора. Якщо число, записане в лічильнику 17 буде більше кількості входів пристрою, приймається рішення про виникнення багатократної помилки, яка є на декількох входах сигнатурного аналізатора. У пропонованому пристрої використовується блок синдрому помилки 10 (який побудований по тому ж поліному, що і пропонований пристрій). Він формує синдром помилки шляхом створення стовпців матриці станів сигнатурного аналізатора відповідно [1, 3]. На фіг. 3 наведена функціональна схема аналізатора, яка відповідає утворюючому поліному P( x)  x 4  x3  1 для випадку n = 4. Блок 10 містить: пристрій [1], який складається з дворозрядних регістрів 101 - 104 і суматора за модулем три 105; логічний елемент AND (блок 106) і два логічні елементи АБО (блоки 107 і 108). Блок 10 (Фіг. 3) працює наступним чином. В початковому стані регістри 101 - 104 знаходяться в стані зсуву інформації, яка в них зберігається. В ці регістри записано код 0…0 (ланцюги встановлення в початковий стан не наведені). При необхідності пошуку помилок на вхід блока 106 та на вхід управління першого регістру 101 подається сигнал запису "1" з блока 8 пристрою (Фіг. 1) до молодшого розряду блока 101. Після закінчення цього сигналу регістр 101 переходе в стан зсуву інформації. Таким чином, в блоках 101 - 104 буде зберігатись код 100…0. Це перший стан регістра, який є першим стовпцем матриці станів. Після цього, відповідно сигналу синхронізації, який надходить з блока 7 (Фіг. 1) до входу блока 107 (Фіг. 3), послідовно проводяться зсуви попереднього стану регістрів101 - 104. Зсуви відбуваються з урахуванням попереднього стану завдяки зворотнім зв'язках відповідно до ступенів утворюючого полінома. Синдром помилки формується в процесі пошуку входу, до якого ця помилка надійшла. Таким чином, нелінійний багатоканальний сигнатурний аналізатор здатний достовірно обробляти інформацію, локалізувати помилку в інформаційній вхідній послідовності та визначати номер входу до якого ця помилка надходить. Джерела інформації: 11 1. Авторское свидетельство СССР № 1264180, кл. G06F11/00, 1986. 2. Патент на винахід. Україна № 85626, кл. G06F11/00, 2009, (прототип). 66709 12 3. Гордон Г., Надич X. Локализация несправностей в микропроцессорных системах при помощи шестнадцатиричных ключевых кодов // Электроника. 1977, №5, с.23-33. 13 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 66709 Підписне 14 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601