- 曙海教育集團論壇 (http://m.hufushizhe.com/bbs/index.asp)
-- FPGA高級 (http://m.hufushizhe.com/bbs/list.asp?boardid=26)
---- 容錯系統(tǒng)中的自校驗技術(shù)及實現(xiàn)方法 (http://m.hufushizhe.com/bbs/dispbbs.asp?boardid=26&id=1556)
-- 發(fā)布時間：2010-11-20 9:47:41
-- 容錯系統(tǒng)中的自校驗技術(shù)及實現(xiàn)方法
2.3 互補邏輯網(wǎng)絡(luò)
利用互補邏輯也可以構(gòu)成自校驗電路，如果某一邏輯網(wǎng)絡(luò)其輸入輸出關(guān)系為
,則可構(gòu)造一互補邏輯網(wǎng)絡(luò)，使其輸入輸出關(guān)系為
其中ｆ和ｆ是互補的，在無故障的情況下，其輸出是互補的；若發(fā)生輸出相同，則兩個邏輯電路中必定有存在故障的情況。互補邏輯網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)原理比較直觀，但對較復(fù)雜的系統(tǒng)，有許多故障它是檢測不出來的。
2.4 交織邏輯網(wǎng)絡(luò)
交織邏輯網(wǎng)絡(luò)是基于自對偶函數(shù)的自校驗邏輯網(wǎng)絡(luò)。一個二進制變量是交替的，記作
若x在兩個連續(xù)的時間間隔內(nèi)所取的值互補。
對任意一個開關(guān)函數(shù)
，若假設(shè)
是交替二進制變量，且它們是同步交替的，則ｇ的輸入矢量可表示為
，其輸出可表示為
，要使輸出變量也是交替的，必須滿足
，顯然，g必須是自對偶函數(shù)。利用交織邏輯網(wǎng)絡(luò)的這個特點，可以檢測出系統(tǒng)的一部分故障。
３ 自校驗網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方法
對于一些比較簡單的應(yīng)用場合，利用數(shù)字邏輯方法進行設(shè)計，使用SSI及MSI集成電路即可方便地構(gòu)成自校驗網(wǎng)絡(luò)。但實際容錯系統(tǒng)非常復(fù)雜，涉及大量邏輯設(shè)計，若仍采用傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯設(shè)計方法，不僅工作量大、容易出差錯，而且修改和功能仿真都不方便。使用電子設(shè)計硬件描述語言VHDL（或Verilog HDL對電路功能進行描述，用FPGA或CPLD器件實現(xiàn)自校驗網(wǎng)絡(luò)是比較現(xiàn)實的，對于大批量生產(chǎn)，可將VHDL描述的電路送半導(dǎo)體器件廠進行批量生產(chǎn)，VHDL硬件描述語言實現(xiàn)自校驗網(wǎng)絡(luò)的步驟如下：
①建立自校驗網(wǎng)絡(luò)的功能模型。對系統(tǒng)的輸入／輸出、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、信號傳遞等進行詳細的說明。
②用VHDL語言或Verilog HDL語言對電路功能進行描述。對復(fù)雜系統(tǒng)可采用撟隕隙聰?shù)脑O(shè)計方法，將系統(tǒng)分解成不同層次的、功能較簡單的模塊，利用VHDL語言對系統(tǒng)功能進行分層描述，減少系統(tǒng)描述造成的錯誤。
③對不同層次的模塊進行功能仿真，以檢驗各模塊設(shè)計的正確性，最后對整個系統(tǒng)進行功能仿真，及早排除系統(tǒng)設(shè)計中的錯誤。
④用VHDL或Verilog HDL綜合編譯器對設(shè)計好的系統(tǒng)進行編譯，經(jīng)過邏輯化簡及綜合布線，生成可對FPG A或CPLD編程的數(shù)據(jù)文件。
⑤將數(shù)據(jù)文件通過編程器寫入FPGA或CPLD，進行實際測試，若測試數(shù)據(jù)滿足設(shè)計要求，則開發(fā)工作完成；否則，轉(zhuǎn)①重新進行檢查和設(shè)計。
采用自校驗技術(shù)后，可有效地提高容錯系統(tǒng)的可靠性，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，可將一些自校驗功能模塊進行封裝，作為標準單元使用，在模塊級上提高容錯系統(tǒng)的可靠性。采用高級語言和FPGA或CPLD開發(fā)容錯系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義，可有效縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，提高系統(tǒng)可靠性，應(yīng)在工程設(shè)計中加以推廣應(yīng)
設(shè)組合邏輯網(wǎng)絡(luò)正確輸入矢量為
，則矢量空間
稱作錯誤輸入空間，記作
；空間
被稱作非法及錯誤輸入空間，記作
。由正確輸入空間經(jīng)電路G可在S(F)中產(chǎn)生一個子空間，這個子空間稱為正確輸出空間，記為
。同樣，對于合法輸入
，由組合邏輯網(wǎng)絡(luò)可映射為合法輸出空間
它也是輸出矢量空間S(F)的子集。同樣，空間
被稱作錯誤輸出空間，記作
；空間
被稱為非法及錯誤輸出空間，表示為
。上述輸出之間有如下關(guān)系：
由上面集合之間的關(guān)系我們可以看出，對于無故障組合網(wǎng)絡(luò)的正確輸入，其輸出應(yīng)落入正確輸出空間中。通過對網(wǎng)絡(luò)的輸出可部分判定系統(tǒng)工作是否正常（無法判斷某些故障）。當網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，可分成以下幾種情況：①非法及錯誤輸入被映射成；②輸入被映射成為；③映入但已不是正確的映射關(guān)系，也就是說輸入輸出關(guān)系發(fā)生了變化。對于一個高可靠容錯系統(tǒng)來說，必須能夠以比較高的故障覆蓋率來檢測出以上三類差錯（最好在一拍內(nèi)檢出），使系統(tǒng)及時采取措施，隔離故障，將其影響減小到最低限度。在三類錯誤中，第①類和第②類與第③類相比要好檢測一些，高效檢測第③類錯誤是提高系統(tǒng)故障覆蓋率的關(guān)鍵，只有設(shè)計出對以上三類錯誤檢出率均較高的檢錯系統(tǒng)，才能保證系統(tǒng)有較高的可靠性。
２ 自校驗網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)
自校驗網(wǎng)絡(luò)具有在無任何外加激勵的情況下能自動檢測其內(nèi)部是否存在故障，這些故障或是永久性的或是暫時性的。設(shè)計自校驗網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)有檢錯編碼技術(shù)，基于自對偶函數(shù)的交替邏輯技術(shù)（交織邏輯技術(shù)），基于對偶函數(shù)的互補邏輯技術(shù)，還有基于多值邏輯的實現(xiàn)方法，下面我們主要討論一些實用的實現(xiàn)方法。
2.1 雙軌碼校驗器
雙軌碼校驗器的原理圖如圖３所示。
輸入矢量為
，其中
，（i=1,2)，輸出矢量為
且滿足：
若
且校驗器無故障。
利用雙軌碼校驗器的上述特點，設(shè)計一對偶組合邏輯網(wǎng)絡(luò)，使其輸出向量
和
恰好反相，將和加到雙軌碼校驗器輸入端，根據(jù)就可以判定系統(tǒng)是否發(fā)生故障。
2.2 可分碼校驗器
可分碼校驗器的結(jié)構(gòu)如圖４所示。校驗器的輸入矢量為
)，矢量和分別對應(yīng)可分碼的信息分量和校驗分量。其中，信息分量寬度為
是校驗分量的寬度，且1+K=n, n=‖Y‖。校驗位生成電路根據(jù)信息位重新生成校驗位W，由雙軌碼校驗器比較W與的一致性，在無故障的情況下，校驗器的輸出指示輸入矢量的有效性。下面的定理給出了圖４完全自校驗可分碼校驗器的構(gòu)造條件。