Эксперименты с системой контрольных комбинационных схем
Для оценки эффективности применения TM(m,k)-кодов в системах функционального контроля авторами были проведены исследования с набором контрольных комбинационных схем LGSynth`89 [14], предназначенной для тестирования вновь разрабатываемых методов технической диагностики.
Экспериментальные исследования состояли в сравнительном анализе характеристик обнаружения ошибок на выходах контрольных комбинационных схем S(m,k)-кодами, RS(m,k)-кодами и TM(m,k)-кодами, а также в оценке сложности технической реализации структур систем функционального контроля, построенных на основе данных кодов. Для эксперимента было выбрано 8 контрольных комбинационных схем с количеством выходов 
. Результаты экспериментов занесены в таблице.
В эксперименте с контрольными комбинационными схемами моделировались одиночные константные неисправности на выходах логических элементов их внутренней структуры, производилась подача всех входных комбинаций и определялось количество необнаруживаемых каждым кодом ошибок по видам и кратностям. В таблице представлено общее количество необнаруживаемых ошибок различными кодами с суммированием, а также записаны доли необнаруживаемых каждым кодом ошибок от общего их возможного количества. Для оценки эффективности TM(m,k)-кода по сравнению с классическими и модифицированными кодами Бергера в таблице приведены доли необнаруживаемых TM(m,k)-кодом ошибок от количества необнаруживаемых S(m,k)-кодом ошибок (коэффициент 
, %) и аналогичный показатель по отношению к RS(m,k)-коду (коэффициент 
, %). TM(m,k)-коды гораздо эффективнее обнаруживают ошибки на выходах контрольных комбинационных схем, чем известные коды с суммированием единичных разрядов.
C использованием специально разработанного программного модуля были получены файлы-описания всех блоков структуры системы функционального контроля, синтезированной для каждого контрольного примера по S(m,k), RS(m,k) и TM(m,k) кода. Это позволило произвести оценку площади, занимаемой системами функционального контроля на кристалле (см. таблицу), в условных единицах SIS при использовании стандартной библиотеки функциональных элементов stdcell2_2.genlib [15]. Для оценки уменьшения площади системы контроля на основе TM(m,k)-кода по сравнению с известными кодами были рассчитаны показатели структурной избыточности – доля площади, занимаемой системой функционального контроля при использовании TM(m,k)-кода, от площади, занимаемой системами контроля по кодам S(m,k) и RS(m,k) (показатели 
и 
, %). По сравнению с данными структурами использование TM(m,k)-кода дает существенное уменьшение площади системы функционального контроля.
Выводы
Анализируя свойства TM(m,k)-кода, можно сделать вывод о том, что данный код гораздо эффективнее обнаруживает ошибки в системах функционального контроля, чем известные классические и модульные коды Бергера. Кроме того, для данного кода будет намного проще обеспечить свойство полной самопроверяемости структуры генератора тестера в системе функционального контроля.
Таблица. Показатели применения кодов с суммированием в системах функционального контроля
| Контрольная схема | Количество выходов | Площади систем функционального контроля, организованных по кодам с суммированием, в усл. ед. | Показатель структурной избыточности, в % | Число не обнаруживаемых в схеме ошибок | Доля необнаруживаемых ошибок от общего их количества на выходах схемы, в % | Характеристика обнаружения ошибок, в % | ||||||||
| S(m,k) | RS(m,k) | TM(m,k) | 
| 
| S(m,k) | RS(m,k) | TM(m,k) | S(m,k) | RS(m,k) | TM(m,k) | 
| 
| ||
| alu4 | 73,625 | 66,565 | 9,457 | 9,457 | 7,825 | 82,746 | 82,746 | |||||||
| cm42a | 38,426 | 33,549 | 2,878 | 2,878 | 0,719 | |||||||||
| cm138a | 53,22 | 47,227 | – | – | ||||||||||
| cu | 27,262 | 30,537 | 24,675 | 24,675 | 24,675 | |||||||||
| f51m | 60,075 | 63,817 | 0,927 | 0,927 | 0,294 | 31,707 | 31,707 | |||||||
| pcle | 32,216 | 37,898 | 1,075 | 1,1 | 1,024 | 95,208 | 93,054 | |||||||
| pm1 | 55,682 | 70,394 | 3,615 | 3,615 | 1,045 | 28,914 | 28,914 | |||||||
| sct | 7,013 | 7,604 | 1,448 | 1,448 | 0,848 | 58,602 | 58,602 | |||||||
| Средние значения | 43,44 | 44,699 | 5,509 | 5,513 | 4,554 | 52,772 | 52,503 |
Библиографический список
1. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Христов Х.А., Гавзов Д.В. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики. – М.: Транспорт, 1995. – 272 с.
2. Nicolaidis M., Zorian Y. On-Line Testing for VLSI – А Compendium of Approaches // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications. – 1998. – №12. – Pp. 7-20.
3. Mitra S., McClaskey E.J. Which Concurrent Error Detection Scheme to Сhoose? // Proceedings of International Test Conference, 2000, USA, Atlantic City, NJ, 03-05 October 2000, pp. 985-994.
4. Piestrak S.J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes. – Wrocław : Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocłavskiej, 1995, 111 p.
5. Fujiwara E. Code Design for Dependable Systems: Theory and Practical Applications. – John Wiley & Sons, 2006, 720 p.
6. Мехов В.Б., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Контроль комбинационных схем на основе модифицированных кодов с суммированием // Автоматика и телемеханика. – 2008. – №8. – С. 153-165.
7. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Блюдов А.А. Экспериментальные исследования двоичных кодов с суммированием // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2011. – №2. – С. 145-152.
8. Двоичные коды с суммированием, имеющие минимальное число необнаруживаемых искажений информационных разрядов / В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Д.В. Ефанов, А.А. Блюдов // Теоретические и практические аспекты развития систем железнодорожной автоматики и телемеханики : сб. науч. трудов; Ред. Вл.В. Сапожников. – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2012. – С. 3-14.
9. Блюдов А.А., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Модифицированный код с суммированием для организации контроля комбинационных схем // Автоматика и телемеханика. – 2012 – №1. – С. 169-177.
10. Berger J.M. A Note on Error Detection Codes for Asymmetric Channels // Information and Control. – 1961. – Vol. 4. – Issue 1. – Pp. 68-73.
11. 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.
12. Согомонян Е.С., Слабаков Е.В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. – М.: Радио и связь, 1989, 208 с.
13. Блюдов А.А., Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Построение модифицированного кода Бергера с минимальным числом необнаруживаемых ошибок информационных разрядов // Электронное моделирование. – 2012. – Том 34. – №6. – С. 17-29.
14. Collection of Digital Design Benchmarks [Режим доступа: http://ddd.fit.cvut.cz/prj/Benchmarks/].
15. SIS: A System for Sequential Circuit Synthesis / E. M. Sentovich, K. J. Singh, L. Lavagno, C. Moon, R. Murgai, A. Saldanha, H. Savoj, P. R. Stephan, R. K. Brayton, A. Sangiovanni-Vincentelli // Electronics Research Laboratory, Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of California, Berkeley, 4 May 1992, 45 p.
Сведения об авторах
ЕФАНОВ Дмитрий Викторович – кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I;
e-mail: TrES-4b@yandex.ru
ЩАГИНА Владислава Александровна – студент факультета «Автоматизация и интеллектуальные технологии» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I;
e-mail: vladislava1997@inbox.ru
Перевод названия, аннотации, ключевых слов,
сведений об организации и об авторах на английский язык
© Ефанов Д. В., Щагина В. А., 2016