Способ передачи цифровой информации через параллельную магистраль
Патент 2413283
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Способ передачи цифровой информации через параллельную магистраль
Изобретение относится к вычислительной технике, электронике и может быть использовано в аппаратуре, имеющей повышенные требования к надежности. Техническим результатом является повышение отказоустойчивости устройств. Многократное нечетное повторение информации производится со смещением информации на один разряд относительно предыдущего с последовательным поразрядным мажорированием или мажоритарным декодированием.
Реферат
Данное изобретение относится к вычислительной технике, электронике и может быть использовано в аппаратуре, имеющей повышенные требования к надежности. В первую очередь для аппаратуры, не имеющей доступа для ремонта или замены, а повышение надежности в ней за счет введения дополнительного комплекта ограничено, например, для космических аппаратов с длительным сроком активного существования.
Существует достаточно много способов передачи цифровой информации через параллельную магистраль с исправлением сбоев. В настоящее время, например, широко применяются корректирующие коды, в которых, вводя избыточность, достигают высокой помехоустойчивости.
Наиболее близким является способ, приведенный в статье А.В.Чикина, А.Г.Зимина, И.А.Ионова «Способ оценки эффективности блоковых кодов при передаче информации по каналу связи» (пример 1, 2). Труды МАИ. УДК 621.376.57 (http://www/mai.ru/projects/mai_works/).
Способ передачи цифровой информации через параллельную магистраль, который заключается в многократном нечетном повторении информации с последующим мажорированием или мажоритарным декодированием, причем количество повторений должно быть не менее трех и зависит от числа необходимых для исправления сбоев - принятый в качестве прототипа.
К недостаткам этого способа нужно отнести невозможность передачи цифровой информации через параллельную магистраль без искажения при наличии одного или более отказов типа постоянный логический 0 или логическая 1 в разрядах магистрали. Данный недостаток показан на примере трехкратной передачи 16-ти разрядного двоичного кода. Пусть необходимо передать код:
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | номера разрядов магистрали (шины) |
Допустим в первом разряде магистрали неисправность - постоянный «0», тогда переданная информация будет содержать ложный «0» в первом разряде и при повторении ложный «0» останется:
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | первая передача |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | вторая передача |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | третья передача |
После мажорирования «2 из 3» ложный «0» в первом разряде останется,
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
так как значение по большинству «0», таким образом, данным способом нельзя передать достоверную информацию через параллельную магистраль при наличии отказа.
Задачей изобретения является устранение указанного недостатка, что позволит передавать достоверную цифровую информацию через параллельную магистраль при наличии отказов в разрядах магистрали, тем самым повышая надежность способа передачи информации. Эта задача достигается тем, что многократное нечетное повторение информации производится со смещением информации на один разряд (бит) относительно предыдущего с последовательным поразрядным мажорированием или мажоритарным декодированием.
Суть заявленного решения для парирования одного отказа может быть пояснена следующим образом.
Для передачи информации через параллельную магистраль (шину), при наличии отказа в одном из разрядов магистрали, необходимо три раза передать (повторить) одну и ту же информацию, причем при второй передаче необходимо информацию сдвинуть на один разряд вправо (лево), а при третьей передаче информацию сдвинуть еще на один разряд вправо (лево), затем информацию с одноименных разрядов промажорировать. Таким образом, информация первого разряда будет передаваться первый раз в первом разряде, во второй раз во втором разряде, в третий раз в третьем разряде. Информация второго разряда будет передаваться первый раз во втором разряде, во второй раз в третьем разряде, в третий раз в четвертом разряде, и так далее. Тройная информация, переданная о каждом разряде, голосуется каждая в своем мажоритарном устройстве и является выходной информацией.
Данный способ передачи показан на примере 16-ти разрядного двоичного кода. Пусть необходимо передать код:
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | номера разрядов магистрали |
Допустим в первом разряде магистрали неисправность постоянный «0», в четвертом разряде магистрали неисправность постоянная «1», тогда переданная информация будет содержать ложный «0» в первом разряде и ложная «1» в четвертом разряде:
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Повторяем информацию со смещением на один разряд вправо:
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| 16…1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | номера передаваемых разрядов магистрали. |
И еще раз повторяем информацию со смещением на один разряд вправо:
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 15…16…1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | номера передаваемых разрядов магистрали. |
Мажорируем «2 из 3» информацию в одноименных разрядах, причем значение в первом разряде по большинству «1», в четвертом разряде по большинству «0». В результате независимо от неисправности первого и четвертого разряда информация передана верно
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Таким образом данный способ позволяет парировать отказы разрядов в параллельной магистрали. Количество исправленных разрядов N будет определяться:
N=(j-1)/m,
где j - число разрядов в передаваемой информации, m - число входов мажоритарного устройства. В приведенном примере m=3, поэтому одновременное наличие неисправностей в 1, 4, 8. 12 разрядах будет парировано.
Для парирования (исправления) двух и более отказов в разрядах магистрали, расположенных рядом или отстоящих друг от друга на число менее m, число передач К необходимо вычислять по формуле
К=2i+1,
где i - необходимое число парирований отказов в магистрали.
Для парирования отказов двух рядом расположенных разрядов (i=2, К=2·2+1=5) необходимо пять раз выдавать информацию и мажорировать мажоритарным устройством «3 из 5». Для парирования отказов трех рядом расположенных разрядов (i=3, K=2·3+1=7) необходимо семь раз выдавать информацию и мажорировать мажоритарным устройством «4 из 7» и т.д.
Поясним примером парирование отказов двух рядом расположенных разрядов, неисправность в первом и втором разряде типа постоянный «0».
Пусть необходимо передать код:
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | - номера разрядов магистрали |
Передаваемая информация со смещением на один разряд:
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1-я передача |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2-я передача |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3-я передача |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4-я передача |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5-я передача |
Полученная информация через магистраль:
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1-я |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2-я |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3-я |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4-я |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5-я |
Полученная информация через магистраль, представленная поразрядно на входах мажоритарного устройства:
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | на первом |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | на втором |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | на третьем |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | на четвертом |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | на пятом |
На выходе мажоритарного устройства «3 из 5», промажирировав информацию в одноименных разрядах по большинству, будет:
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
В результате независимо от неисправности первого и второго разрядов информация передана по магистрали верно.
Данный способ будет использоваться в блоках управления космических аппаратов для повышения живучести за счет способности выдачи команд управления из контроллера в исполнительные устройства даже при наличии нескольких отказов в параллельной магистрали (шине).
Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявляемого объекта.
Способ передачи цифровой информации через параллельную магистраль, заключающийся в многократном нечетном повторении передачи одной и той же информации, начиная с трех, с последующим мажорированием или мажоритарным декодированием, отличающийся тем, что в каждом следующем повторении информацию смещают на один разряд с последующим поразрядным мажорированием, причем число повторений вычисляют по формуле К=2i+1, где i - необходимое число парирований отказов в магистрали.