close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Анализ опасных состязаний в комбинационных цифровых схемах при автоматизированном проектировании.

код для вставкиСкачать
УДК 316.4.063.5: 003.63
АНАЛИЗ ОПАСНЫХ СОСТЯЗАНИЙ
В КОМБИНАЦИОННЫХ ЦИФРОВЫХ СХЕМАХ
ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ
А.Н. Пчелинцев, А.Н. Касьянов
Кафедра «Системы автоматизированного проектирования», ТГТУ
Представлена членом редколлегии профессором Ю.Л. Муромцевым
Ключевые слова и фразы: временные диаграммы; риски сбоя; экспоненциальная регрессия.
Аннотация: Приведено описание алгоритма, осуществляющего анализ
комбинационных цифровых схем на риски сбоя с помощью временных диаграмм.
Дана оценка эффективности его работы.
Проектирование быстродействующих цифровых систем затрудняется сложностью анализа комбинационной схемы на выявление рисков сбоя. Особенно,
если количество переменных, обрабатываемых схемой, велико. Эффективным
средством анализа комбинационных схем на риски сбоя являются временные диаграммы [1]. Существующие САПР, предназначенные для разработки логических
схем, осуществляющие построение и анализ временных диаграмм с помощью
специальных моделирующих программ, не производят поиска подозрительных на
сбой переходов входных переменных и их подсчет. Этот процесс полностью лежит на разработчике схемы.
В данной статье предлагается алгоритм анализа опасных состязаний, с помощью которого обнаруживается и подсчитывается количество сбоев в комбинационных схемах. Кроме того, составляются участки временных диаграмм с заданной длительностью для переходов, при которых возможны риски сбоя как статические, так и динамические. Длительность T временного интервала, в котором
производится анализ работы проектируемой схемы, задается вручную. Например,
величину T можно принять равной двадцатикратной длительности задержки сигнала в логическом вентиле.
В основу работы алгоритма положено следующее.
1 Принятый интервал времени T, на котором осуществляется построение
диаграммы, разбивается на конечное число равных промежутков. На каждом таком промежутке предполагается, что сигнал не меняет своего значения. Высокий
уровень сигнала принимается как 1, низкий уровень – 0. Таким образом, получаемая временная диаграмма представлена в виде последовательности нулей и единиц.
2 Исследуемая схема функционирует в соответствии с некоторым аналитическим выражением, задаваемым дизъюнктивно-нормальной формой (ДНФ),
представляемой в виде совокупности строк, каждая из которых описывает соответствующий конъюнкт ДНФ следующим образом:
– если j-й атом отсутствует в i-м минтерме, то j-й символ i-й строки есть
пробел;
368
ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2005. Том 11. № 2А. Transactions TSTU.
– если этот атом входит в конъюнкт с отрицанием, то соответствующий
символ строки есть '0', иначе – '1' (i = 1,...,c, j = 1,...,n; c – количество конъюнктов
ДНФ; n – количество входных сигналов).
3 Временная диаграмма j-го сигнала формируется как совокупность двух
интервалов времени. Первый, который принимается длительностью T div 3, представляет собой значение j-го атома в некотором состоянии с номером m. Второй
интервал является k-м состоянием этого атома.
4 Осуществляется анализ временных диаграмм выходных сигналов:
– для числа m (m = 0,…,2n – 1) из таблицы истинности выбирается соответствующий набор и рассматривается переход в k-й набор таблицы (k = 0,...,2n – 1,
k ≠ m);
– создаются массивы диаграмм входных сигналов;
– строится диаграмма для каждого конъюнкта ДНФ, последовательно
конъюнктируя сигналы, соответствующие прямым значениям переменных минтерма или их инверсиям, а затем последовательно дизъюнктируются эти диаграммы и получается выходной сигнал логической схемы. Перед выполнением той
или иной логической операции у входных сигналов в некоторый вентиль продлеваются состояния, предшествующие переходу в новое состояние, в соответствии
со значением длительности задержки по фронту или спаду;
– выполняется предыдущий пункт, но с нулевыми задержками. При этом
получаются два сигнала Yr и Yi. Если находится такой момент времени, при котором Yr ≠ Yi, то на переходе m → k возникает сбой. По виду диаграммы Yr можно
определить вид сбоя: если сигнал меняет свое значение четное число раз, то сбой
статический, иначе – динамический.
Программная реализация алгоритма была выполнена на языке C.
Для оценки эффективности работы алгоритма определялось время t анализа
схемы. Так как число всех переходов есть 2n(2n – 1), то при n ≥ 4 оно приблизительно представляется как 22n. Если один переход между двумя наборами анализируется за время t0, то t вычисляется по формуле
t = t0 22 n = t0 e 2 n ln 2 ≈ t0 e1,39 n .
Измеренное время t с помощью программы, запущенной на ПК с процессором Intel Celeron, имеющим тактовую частоту 2,2 ГГц, для некоторых значений n
приведено ниже.
n
t, с
4
0,09
5
0,44
6
1,97
7
8,36
8
35,58
9
153,77
Если выбрать экспоненциальную регрессию, то при обработке данных из
таблицы с помощью программы Advanced Grapher получается зависимость, представленная на рис. 1.
ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2005. Том 11. № 2А. Transactions TSTU.
369
Рис. 1
Как видно из рисунка, экспонента достаточно хорошо описывает систему
шести точек.
Было замечено, что вид конъюнктов ДНФ влияет на t. Если ДНФ не является
минимальной, то время анализа сокращается вследствие того, что число неалгоритмических переходов уменьшается.
Выявленные сбойные переходы для выбранной ДНФ и их вид были полностью подтверждены с помощью программы Micro-Cap VII.
Список литературы
1. Потемкин, И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики / И.С. Потемкин. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 320 с.
2. Мулярчик, С.Г. Интегральная схемотехника (функционально-логический
уровень) / С.Г. Мулярчик. – Мн.: Изд-во БГУ, 1983. – 189 с.
3. Воробьев, Н.В. Риски сбоя в комбинационных схемах / Н.В. Воробьев //
Chip News. 1998. № 2. С. 26–30.
4. Воробьев, Н.В. Методы анализа комбинационных схем на риски сбоя /
Н.В. Воробьев // Chip News. 1998. № 3. С. 42–44.
The Analysis of Dangerous Competitions in Combinational Digital
Schemes During Automated Designing
A.N. Pchelintsev, A.N. Kasyanov
Department “Systems of Automated Designing”, TSTU
Key words and phrases: temporary diagrams; malfunction risk; exponential
regression.
Abstract: The essence of the algorithm used in the analysis of combinational digital schemes of malfunction risks is revealed through temporary diagrams. The efficiency of its work is grounded.
370
ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2005. Том 11. № 2А. Transactions TSTU.
Analyse der gefährlichen Konkurrenzen in den kombinatorischen Digitalschemas bei der automatisierten Projektierung
Zusammenfassung: Es ist die Beschreibung des die Analyse der kombinatorischen Digitalschemas auf die Ausfallrisiken mit Hilfe der Zeitdiagrammen verwirklichenden Algorithmus angeführt. Es ist die Einschätzung der Effektivität seiner Arbeit
angegeben.
Analyse des compétitions dangéreuses dans les schémas digitaux combinatoires lors de la conception automatisée
Résumé: Est citée la description de l’algorithme effectuant l’analyse des schémas
digitaux combinatoires sur les risques de la perturbation à l’aide des diagrammes
temporaires. Est donnée l’évaluation de l’efficacité de son fonctionnement.
ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2005. Том 11. № 2А. Transactions TSTU.
371
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
92 Кб
Теги
анализа, состязаний, комбинационные, цифровые, автоматизированной, опасные, проектирование, схема
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа