Анализ показателей надежности и сложности реализации различных вариантов структур автомата с памятью при потоке мягких отказов


https://doi.org/10.15217/issnl684-8853.2017.3.34

Полный текст:


Аннотация

Постановка проблемы: снижение проектной нормы в производстве полупроводниковых структур повышает чувствительность вычислительной техники к попаданию частиц высоких энергий (в частности, при работе в условиях радиации). Основное их влияние выражается в возникновении «мягких» отказов - искажений информации при сохранении работоспособности аппаратуры. Борьба с мягкими отказами требует разработки новых схемотехнических решений в системах со структурным резервированием, таких как конечные автоматы. Цель: оценка надежности и структурной сложности известных реализаций блоков с аппаратным резервированием при потоке мягких (информационных) отказов. Результаты: анализ различных реализаций блоков типа «автомат Мура» со структурным резервированием при потоке мягких отказов показал, что структурное резервирование памяти состояний автомата и внедрение механизмов самовосстановления данных в памяти позволяет качественно повысить продолжительность безотказной работы без увеличения сложности реализации по сравнению с невосстанавливаемыми структурами. Это объясняется тем, что в случае мягкого отказа элемент памяти остается работоспособным, и корректное состояние системы может быть полностью восстановлено путем перезаписи поврежденного бита по окончании периода восстановления. Невосстанавливаемый отказ происходит только в том случае, если в течение периода восстановления одновременно в нескольких экземплярах резервированного элемента памяти произошло искажение данных. Если при проектировании системы удается обеспечить достаточно малый период восстановления, то возникновение этого события становится крайне маловероятным, что дает возможность многократно увеличить время безотказной работы устройства. Практическая значимость: полученные результаты позволяют определить направление разработки схемотехнических решений для конечного автомата, устойчивого к мягким отказам: блокирование распространения отказа в памяти состояний, периодическое восстановление искаженных бит памяти состояний и внедрение аппаратных средств для регистрации произошедших отказов.

Об авторах

Игорь Валерьевич Егоров
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Петра Великого
Россия


Виктор Федорович Мелехин
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Россия


Список литературы

1. Егоров И. В., Мелехин В. Ф. Анализ проблемы повышения радиационной стойкости информационноуправляющих систем на этапе функциональнологического проектирования // Информационно-управляющие системы. 2016. № 1. С. 26-31. doi:10.15217/issn1684-8853.2016.1.26

2. Егоров И. В., Мелехин В. Ф. Методы и средства анализа надежности структурных блоков с резервированием и периодическим восстановлением информации на различных этапах проектирования вычислительных систем // Информационно-управляющие системы. 2016. № 2. С. 26-34. doi:10.15217/ issn1684-8853.2016.2.19

3. Егоров И. В., Мелехин В. Ф. Анализ процессов в конечном автомате при воздействии радиации. Оценка вероятности искажения информации // Информационно -управляющие системы. 2016. № 3. С. 24-33. doi:10.15217/issn1684-8853.2016.3.24

4. Kaeslin H. Digital Integrated Circuit Design. From VLSI Architectures to CMOS Fabrication. - Cambridge University Press, 2008. http://www.roletech.net/ books/DigitalIntegratedCircuit.pdf (дата обращения: 10.04.2016).

5. Savage J. E. Models of Computation: Exploring the Power of Computing. - Addison Wesley, 1998. - 672 p.

6. Мурога С. Системное проектирование сверхбольших интегральных схем. Кн. 1. - М.: Мир, 1985. - 288 с.

7. Колосов В. Г., Мелехин В. Ф. Проектирование узлов и систем автоматики и вычислительной техники. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 256 с.

8. Eaton P., Benedetto J., Mavis D., Avery K., Sibley M., Gadlage M., Turflinger T. Single Event Transient Pulsewidth Measurements Using a Variable Temporal Latch Technique // IEEE Transactions on Nuclear Science. Dec. 2004. Vol. 51. N 6. P. 3365-3368.

9. Rollins N., Wirthlin M., Caffrey M., Graham P. Evaluating TMR Techniques in the Presence of Single Event Upsets // Proc. of the 6th Annual Intern. Conf. on Military and Aerospace Programmable Logic Devices (MAPLD), Washington, D.C. September 2003. http://schol-arsarchive.byu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article = 2047&context = facpub (дата обращения: 05.08.2016).

10. She Xiaoxuan, Samudrala P. K. Selective Triple Modular Redundancy for Single Event Upset (SEU) Mitigation // Adaptive Hardware and Systems: NASA/ESA Conf. 2009. P. 344-350.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Егоров И.В., Мелехин В.Ф. Анализ показателей надежности и сложности реализации различных вариантов структур автомата с памятью при потоке мягких отказов. Информационно-управляющие системы. 2017;88(3):34-46. https://doi.org/10.15217/issnl684-8853.2017.3.34

For citation: Egorov I.V., Melekhin V.F. Analysis of Reliability and Structural Complexity for Various Implementations of a Finite State Machine Resistant to Soft Failures. Information and Control Systems. 2017;88(3):34-46. (In Russ.) https://doi.org/10.15217/issnl684-8853.2017.3.34

Просмотров: 25


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1684-8853 (Print)
ISSN 2541-8610 (Online)