CC BY
27
The features of the construction of geographically distributed information processing systems based on radar systems. Proposed to ensure synchronization of the process of collaborative management.-Dasha measurements in the center to use every means of obtaining information about the navigation equipment of consumers of GLONASS/GPS. Formalized mathematical model of information processing in these systems. The structure of the simulation model.
Key words: distributed systems of information processing, simulation model
Akinshin Ruslan Nikolaevich, doctor of technical sciences, docent, head of Department, rakinshin@yandex. ru, Russia, Moscow, SPP, RAS,
Shevchenko Dmitry Vladimirovich, head of division, shevdv19 75@gmail. com, Russia, Moscow, Department of intellectual property, military-technical cooperation and expertise of the supply of weapons and military equipment of the Ministry of defence of the Russian Federation,
Chernyshkov Alexander Igorevch, assistant head of Department, niri-opaii@,mail. ru, Russia, Penza, Penza artillery engineering Institute
УДК 004.274
КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫХ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ
М.А. Антонов
Рассмотрена концепция реконфигурируемых отказоустойчивых цифровых систем обработки данных. Представлена структурная схема цифровой реконфигури-руемой системы.
Ключевые слова: цифровые реконфигурируемые системы, безотказность, саморемонт, мажоритарный процессор, конечный автомат.
В настоящее время задаче построения быстродействующих цифровых вычислительных систем отводится значительная роль в науке и технике. Это связано с необходимостью обрабатывать потоки цифровых данных в формате реального времени. Согласно [1, 2] наиболее выгодным выходом является многопроцессорные системы с параллельным выполнением операций над данными.
Такое решение приводит к усложнению аппаратных средств и программного обеспечения, что в свою очередь делает указанные системы менее надёжными.
Поскольку в теории безотказности систем известны подходы активного и пассивного резервирования элементов, то в применении к сложным, многопроцессорным системам обработки данных пассивное резервирование программных и аппаратных средств приведёт к большей надёжности, но также и к большим габаритам, что неприемлемо.
38
Поэтому, целесообразно применять принцип активного резервирования и так называемого саморемонта [3].
Рассматривая концепцию активного резервирования и саморемонта цифровых вычислительных систем, стоит обратиться к упрощённой структурной схеме, приведённой на рис.1.
Рис. 1. Упрощённая структурная схема цифровой реконфигурируемой системы
Предполагается, что существует система обработки данных (рис.1), состоящая из некоторого устройства, выдающего данные на шину обрабатываемых данных (не показано), процессора обработки данных и Мажоритарного процессора, объединённого с процессором обработки данных при помощи трёх шин:
- шины контроля данных;
- шины для идентификации состояния, требующего реконфигурации;
- шины управления процессом реконфигурации.
Шина контроля данных предусмотрена для слежения за текущими данными, для обнаружения возможных ошибок.
Шина идентификации состояния, требующего реконфигурации, выполняет функцию передачи мажоритарному процессору данных о конфигурации вычислительной системы, а также функцию записи в процессор обработки данных новых сведений о конфигурации системы.
Шина управления процессом реконфигурации предназначена для случая цифровой системы обработки данных, организованной по принципу конечных автоматов, с использованием программируемых логических ин-
39
тегральных схем (ПЛИС). Для обоснования следующих рассуждений необходимо привести структурную схему конечного автомата Мили, которая изображена на рис. 2.
Рис. 2. Обобщённая структурная схема конечного автомата
Известно, что любой не примитивный конечный автомат имеет, в общем случае, три блока:
- блок логики переходов;
- блок памяти;
- блок выходной логики.
Описание конечного автомата Мили может быть представлено двумя равенствами (1), где а^) - состояния автомата, х^) - входные символы. Из равенств (1) следует, что алгоритм работы автомата зависит от функций переходов Б и функций выходной логики Ь. Такой автомат является детерминированным, и жёстко выполняет свою задачу.
а(г +1) = 5(а(г), х(г));!
у(1) = Ца($), х(г)). }
В теории цифровых автоматов существует допущение, что возможно создать цифровой автомат с недетерминированными множествами Б и Ь, так что каждый переход и каждая текущая функция выхода могла бы выбираться из подмножества некоторого алфавита, то есть происходило бы вмешательство в структуру автомата.
В таком случае, процессор обработки данных, построенный на основе конечного автомата, выполняет задачу обработки данных, заложенную в блоках логики (например производит фильтрацию цифровых данных). В некоторый момент возникает необходимость реконфигурировать систему обработки данных с целью выполнения иной задачи. Фактически это значит, что необходимо заменить всю логику работы автомата, и в мажоритарном процессоре определено подмножество переходов и функций выходов, позволяющее эту задачу реализовать, «перестроить» конечный автомат под необходимую задачу.
В этом случае возможно реализовать цифровую вычислительную систему, построенную по принципу конечных автоматов, но в то же время заложить возможность реконфигурирования, тем самым получить конечный автомат, способный выполнять множество задач.
В ином случае стоит рассматривать вынужденную реконфигурацию цифровой системы в случае отказа аппаратной части.
Под реконфигурированием аппаратного уровня понимается следующее: пусть существует шина данных, разрядности к, при этом занятых в работе шинного интерфейса линий, к - п, где п - некоторое число зарезервированных, на случай отказа, линий. В случае отказа линии шинного интерфейса, происходит передача функции отказавшей линии одной из зарезервированных.
Как уже было сказано выше, существует схема цифровой реконфи-гурируемой системы (см.рис. 1), в состав которой входит ведущий мажоритарный процессор и ведомый процессор обработки данных, организованный по принципу конечного автомата. Пусть происходит ситуация выхода из строя ячейки памяти состояния. В этом случае мажоритарный процессор при анализе данных обнаруживает ошибку, далее, проводит анализ ошибки, запрашивая состояния структуры автомата по шине идентификации состояния. При выявлении сбоя ячейки, мажоритарный процессор по шине идентификации передаёт код, позволяющий создать обходной путь, вокруг пострадавшей области памяти, а шина управления выдаёт код, обозначающий, в какой блок структуры автомата происходит вторжение с целью реконфигурирования.
Аналогичным образом складывается поведение системы в случае необходимости реконфигурации программного обеспечения, то есть смены структуры блоков логики.
Итак, рассмотренная концепция позволяет реализовать возможности реконфигурации и процедуры саморемонта цифровых вычислительных систем.
Также стоит отметить, что структурная схема, которая приведена на рис. 1, может наращиваться. В этом случае мажоритарный процессор становится общим устройством для каждого процессора обработки данных в многопроцессорной системе. Идентификация запросившего реконфигурацию процессора может проходить при помощи процедуры шифрации сигналов, поданных микропроцессорами обработки данных на устройство конвертации номера входа, в двоичный код номера микропроцессора.
Итак, рассмотрена концепция создания реконфигурируемых безотказных цифровых вычислительных систем. Представлена упрощённая структурная схема цифровой вычислительной системы, позволяющая производить процедуру саморемонта и реконфигурации аппаратных и программных средств.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 9. Ч. 1 Список литературы
1. Додонов А.Г., Кузнецова М.Г., Горбачик Е.С. Введение в теорию живучести вычислительных систем / отв. ред. В.А. Гуляев. Киев: Наукова думка, 1990. 184 с.
2. Авиженис А. Отказоустойчивость - свойство, обеспечивающее постоянную работоспособность цифровых систем // ТИИЭР. 1978. № 10. Т. 66. С. 5 - 25.
3. Колосков В. А. Принципы саморемонта отказоустойчивой микроконтроллерной сети // Вибрационные машины и технологии. II-я Научно-техническая конференции. Курск: Курский государственный технический университет, 1995. С. 121 - 125.
Антонов Максим Александрович, магистрант, elarkin@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
CONCEPT OF CONSTRUCTION OF RECONFIGURABLE FAULTY-DIGITAL DIGITAL SYSTEMS
M.A. Antonov
The concept of reconfigurable fault-tolerant digital data processing systems was considered. A block diagram of the digital reconfigurable system was presented.
Key words: digital reconfigurable systems, faultlessness, self-repair, majority processor, finite state machine.
Antonov Maxim Aleksandrovich, master, elarkin@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
