Design of Self-Checking Digital Devices with Boolean Signals Correction Using Weight-Based Bose-Lin Codes

封面

如何引用文章

全文:

详细

This paper proposes a method for designing self-checking digital devices with Boolean signals correction and weight-based Bose–Lin codes. Unlike previous studies, the method involves Boolean signals correction (BSC) in the concurrent error-detection (CED) circuit for those functions describing the outputs of source devices that participate in the formation of data symbols of weight-based Bose–Lin codes. In such codes, as in the absolute majority of uniform separable codes, large number of data vectors correspond to the same check vector; therefore, it is possible to choose a method for determining BSC functions. We describe an algorithm for determining their values for each input combination, considering the testability of the checker and transformation elements in the CED circuit. The method involves the so-called “base” structure for monitoring multi-output devices by output groups. With this method, the designer of a self-checking device has high variability in choosing the design method and can regulate important indicators (structure redundancy, controllability, energy consumption, and others). Experiments with combinational benchmarks from MCNC Benchmarks were carried out. According to the experimental data, the method has high efficiency in terms of structure redundancy compared to the duplication method widespread in practice. The method can be effective when designing real devices with fault detection used in all areas of technology, including critical application systems in industry and transport.

作者简介

D. Efanov

Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University; Russian University of Transport

Email: TrES-4b@yandex.ru
St. Petersburg, Russia

Y. Yelina

Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University

Email: eseniya-elina@mail.ru
St. Petersburg, Russia

参考

  1. Согомонян Е.С., Слабаков Е.В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. – М.: Радио и связь, 1989. – 208 с. [Sogomonyan, E.S., Slabakov, E.V. Samoproveryaemye ustroistva i otkazoustoichivye sistemy. – M.: Radio i svyaz', 1989. – 208 s. (In Russian)].
  2. Lala, P.K. Self-Checking and Fault-Tolerant Digital Design. – San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 2001. – 216 p.
  3. Gharibi W., Hahanov V., Chumachenko S., et al. Vector-Logic Computing for Faults-As-Address Deductive Simulation // IAES International Journal of Robotics and Automation. ­– 2023. – Vol. 12, no. 3. – P. 274–288. – doi: 10.11591/ijra.v12i3.pp274-288.
  4. Ubar R., Raik J., Jenihhin M., Jutman A. Structural Decision Diagrams in Digital Test: Theory and Applications. – Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2024. – 595 p. – doi: 10.1007/978-3-031-44734-1.
  5. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики (оптимизация алгоритмов диагностирова­ния, аппаратурные средства). – М.: Энергоатомиздат, 1981. – 320 с. [Parkhomenko, P.P., Sogomonyan, E.S. Osnovy tekhnicheskoi diagnostiki (optimizatsiya algoritmov diagnostirovaniya, apparaturnye sredstva). – M.: Ehnergoatomizdat, 1981. – 320 s. (In Russian)].
  6. Дрозд А.В., Харченко В.С., Антощук С.Г. Рабочее диагностирование безопасных информационно-управляющих систем / Под ред. А.В. Дрозда и В.С. Харченко. – Харьков: Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», 2012. – 614 с. [Drozd, A.V., Kharchenko, V.S., Antoshchuk, S.G. Rabochee diagnostirovanie bezopasnykh informatsionno-upravlyayushchikh sistem / Pod red. A.V. Drozda i V.S. Kharchenko. – Khar'kov: Natsional'nyi aehrokosmicheskii universitet im. N.E. Zhukovskogo «KHAI», 2012. – 614 s. (In Russian)].
  7. Mikoni, S. Top Level Diagnostic Models of Complex Objects // Lecture Notes in Networks and Systems. – 2022. – Vol. 442. – P. 238–249. – doi: 10.1007/978-3-030-98832-6_21.
  8. Bennetts, R.G. Design of Testable Logic Circuits. – Boston: Addison-Wesley Publishing Company, 1984. – 164 p.
  9. McCluskey, E.J. Logic Design Principles (with Emphasis on Testable Semicustom Circuits). – New Jersey: Prentice-Hall, 1986. – 549 p.
  10. Abramovici, M., Breuer, M.A., Friedman, A.D. Digital System Testing and Testable Design. – New Jersey: IEEE Press, 1998. – 652 p.
  11. Göessel, M., Ocheretny, V., Sogomonyan, E., Marienfeld, D. New Methods of Concurrent Checking: Edition 1. – Dordrecht: Springer Science+Business Media B.V., 2008. – 184 p.
  12. Sahana A.R., Chiraag V., Suresh G., et al. Application of Error Detection and Correction Techniques to Self-Checking VLSI Systems: An Overview // Proceedings of 2023 IEEE Guwahati Subsection Conference (GCON). – Guwahati, 2023. – doi: 10.1109/GCON58516.2023.10183449.
  13. Mitra, S., McCluskey, E.J. Which Concurrent Error Detection Scheme to Сhoose? // Proceedings of International Test Conference. – Atlantic City, 2000. – P. 985–994. – doi: 10.1109/TEST.2000.894311.
  14. Сагалович Ю.Л., Соломенников В.Ю. Обнаружение неисправностей в схемной реализации системы монотонных булевых функций // Проблемы передачи информации. – 1997. – Т. 33, № 2. – С. 81–93. [Sagalovich, Yu.L., Solomennikov, V.Yu. Obnaruzhenie neispravnostei v skhemnoi realizatsii sistemy monotonnykh bulevykh funktsii // Problemy peredachi informatsii. – 1997. – Vol. 33, no. 2. – P. 81–93. (In Russian)].
  15. Гессель М., Дмитриев А.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Самотестируемая структура для функционального обнаружения отказов в комбинационных схемах // Автоматика и телемеханика. – 1999. – № 11. – С. 162–174. [Gessel', M., Dmitriev, A.V., Sapozhnikov, V.V., Sapozhnikov, Vl.V. A Functional Fault-Detection Self-test for Combinational Circuits // Automation and Remote Control. – 1999. – Vol. 60, no. 11. – P. 1653–1663.]
  16. Ефанов Д.В., Погодина Т.С. Исследование свойств самодвойственных комбинационных устройств с контролем вычислений на основе кодов Хэмминга // Информатика и автоматизация. – 2023. – Т. 22, № 2. – C. 349–392. – doi: 10.15622/ia.22.2.5. [Efanov, D.V., Pogodina, T.S. Issledovanie svoistv samodvoistvennykh kombinatsionnykh ustroistv s kontrolem vychislenii na osnove kodov Khehmminga // Informatika i avtomatizatsiya. – 2023. – Vol. 22, no. 2. – P. 349–392. – doi: 10.15622/ia.22.2.5. (In Russian)].
  17. Ефанов Д.В. Особенности реализации самопроверяемых структур на основе метода инвертирования данных и линейных кодов // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. – 2023. – № 65. – С. 126–138. – doi: 10.17223/19988605/65/13. [Efanov, D.V. Osobennosti realizatsii samoproveryaemykh struktur na osnove metoda invertirovaniya dannykh i lineinykh kodov // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Upravlenie, vychislitel'naya tekhnika i informatika. – 2023. – No. 65. – P. 126–138. – doi: 10.17223/19988605/65/13. (In Russian)].
  18. Гессель М., Морозов А.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Контроль комбинационных схем методом логического дополнения // Автоматика и телемеханика. – 2005. – № 8. – С. 161–172. [Goessel' M., Morozov A.V., Sapozhnikov V.V., Sapozhnikov Vl.V. Checking Combinational Circuits by the Method of Logic Complement // Automation and Remote Control. – 2005. – Vol. 66, no. 8. – P. 1336–1346.]
  19. Goessel, M., Graf, S. Error Detection Circuits. – London: McGraw-Hill, 1994. – 261 p.
  20. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Коды с суммированием для систем технического диагностирования. Т. 1: Классические коды Бергера и их модификации. – М.: Наука, 2020. – 383 s. [Sapozhnikov, V.V., Sapozhnikov, Vl.V., Efanov, D.V. Kody s summirovaniem dlya sistem tekhnicheskogo diagnostirovaniya. Vol. 1: Klassicheskie kody Bergera i ikh modifikatsii. – M.: Nauka, 2020. – 383 s. (In Russian)].
  21. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Коды с суммированием для систем технического диагностирования. Т. 2: Взвешенные коды с суммированием. – М.: Наука, 2021. – 455 с. [Sapozhnikov, V.V., Sapozhnikov, Vl.V., Efanov, D.V. Kody s summirovaniem dlya sistem tekhnicheskogo diagnostirovaniya. Vol. 2: Vzveshennye kody s summirovaniem. – M.: Nauka, 2021. – 455 s. (In Russian)].
  22. Аксёнова Г.П. Необходимые и достаточные условия построения полностью проверяемых схем свертки по модулю 2 // Автоматика и телемеханика. – 1979. – № 9. – С. 126–135. [Aksenova, G.P. Necessary and Sufficient Conditions for Design of Completely Checkable Modulo 2 Convolution Circuits // Automation and Remote Control. – 1979. – Vol. 40, no. 9. – P. 1362–1369.]
  23. Piestrak, S.J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes. – Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocłavskiej, 1995. – 111 p.
  24. Das, D., Touba, N.A. Synthesis of Circuits with Low-Cost Concurrent Error Detection Based on Bose-Lin Codes // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications. – 1999. – Vol. 15, iss. 1-2. – P. 145–155. – doi: 10.1023/A:1008344603814.
  25. Efanov, D.V., Sapozhnikov, V.V., Sapozhnikov, Vl.V. The Self-Checking Concurrent Error-Detection Systems Synthesis Based on the Boolean Complement to the Bose-Lin Codes with the Modulo Value M = 4 // Electronic Modeling. – 2021. – Vol. 43, iss. 1. – P. 28–45. – doi: 10.15407/emodel.43.01.028.
  26. Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Способ построения семейства кодов с суммированием с наименьшим общим количеством необнаруживаемых ошибок в информационных векторах // Информатика. – 2019. – Т. 16, № 3. – С. 101–118. [Efanov, D.V., Sapozhnikov, V.V., Sapozhnikov, Vl.V. Sposob postroeniya semejstva kodov s summirovaniem s naimen'shim obshchim kolichestvom neobnaruzhivaemyh oshibok v informacionnyh vektorah // Informatika. – 2019. – Vol. 16, no. 3. – P. 101–118. (In Russian)].
  27. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Самопроверяемые дискретные устройства. – СПб: Энергоатомиздат, 1992. – 224 с. [Sapozhnikov, V.V., Sapozhnikov, Vl.V. Samoproveryaemye diskretnye ustrojstva. – SPb: Energoatomizdat, 1992. – 224 s. (In Russian)].
  28. Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. О свойствах кода с суммированием в схемах функционального кон­тро­ля // Автоматика и телемеханика. – 2010. – № 6. – С. 155–162. [Efanov, D.V., Sapozhnikov, V.V., Sapozhnikov, Vl.V. On Summation Code Properties in Functional Control Circuits // Automation and Remote Control. – 2010. – Vol. 71, no. 6. – P. 1117–1123.]
  29. Пашуков А.В. Применение взвешенных кодов с суммированием при синтезе схем встроенного контроля по методу логического дополнения // Автоматика на транспорте. – 2022. – Т. 8, № 1. – С. 101–114. – doi: 10.20295/2412–9186-2022-8-01-101–114. [Pashukov, A.V. Primenenie vzveshennykh kodov s summirovaniem pri sinteze skhem vstroennogo kontrolya po metodu logicheskogo dopolneniya // Avtomatika na transporte. – 2022. – Vol. 8, No. 1. – P. 101–114. – doi: 10.20295/2412–9186-2022-8-01-101–114. (In Russian)].
  30. Patent US3559167A. Self-Checking Error Checker for Two-Rail Coded Data: ser. no. 747533: filed July 25, 1968: patented Jan. 26, 1971 / Carter, W.C., Duke, K.A., Schneider, P.R.
  31. Закревский А.Д., Поттосин Ю.В., Черемисинова Л.Д. Логические основы проектирования дискретных устройств. – М.: Физматлит, 2007. – 592 с. [Zakrevskii, A.D., Pottosin, Yu.V., Cheremisinova, L.D. Logicheskie osnovy proektirovaniya diskretnykh ustroistv. – M.: Fizmatlit, 2007. – 592 s. (In Russian)].
  32. Morosow, A., Sapozhnikov, V.V., Sapozhnikov, Vl.V., Goessel, M. Self-Checking Combinational Circuits with Unidirectionally Independent Outputs // VLSI Design. – 1998. – Vol. 5, iss. 4. – P. 333–345. – doi: 10.1155/1998/20389.
  33. Efanov, D.V., Sapozhnikov, V.V., Sapozhnikov, Vl.V. Organization of a Fully Self-Checking Structure of a Combinational Device Based on Searching for Groups of Symmetrically Independent Outputs // Automatic Control and Computer Sciences. – 2020. – Vol. 54, iss. 4. – P. 279–290. – doi: 10.3103/S0146411620040045.
  34. Collection of Digital Design Benchmarks. – URL: https://ddd.fit.cvut.cz/www/prj/Benchmarks/ (дата обращения: 24.02.24). [Accessed February 24, 2024.]
  35. Sentovich, E.M., Singh, K.J., Moon, C. Sequential Circuit Design Using Synthesis and Optimization // Proceedings of IEEE International Conference on Computer Design: VLSI in Computers & Processors. Cambridge, 1992. – P. 328–333. – doi: 10.1109/ICCD.1992.276282.
  36. Sentovich, E.M., Singh K.J., Lavagno, L. SIS: A System for Sequential Circuit Synthesis. – Berkeley: Electronics Research Laboratory, Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of California, 1992. – 45 p.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载


Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».