РЕАЛИЗАЦИЯ В БАЗИСЕ ПЛИС РЕЛЯТОРНЫХ КОНТРОЛИРУЮЩИХ ОПРОСНЫХ УСТРОЙСТВ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ
Аннотация
Сформулированы требования к современным средствам технического контроля и функ-
циональной диагностики оборудования для ответственных применений, одним из которых яв-
ляется обработка диагностической информации в темпе реального времени. Отмечено, что
для работы с цифровыми диагностическими сигналами перспективными являются реляторные
контролирующие опросные устройства, основанные на аппарате порядковой логики, дающей
существенный временной выигрыш перед традиционной двоичной логикой. Аппаратная реали-
зация порядково-логических опросных устройств в базисе ПЛИС наряду с очевидными преиму-
ществами этапа разработки позволит осуществлять оперативную реконфигурацию внутрен-
ней структуры для адаптации к изменяющимся условиям функционирования объекта контроля.
Рассмотрена аппаратная реализация двух известных устройств. Устройство переменного
приоритета использовано для выявления зафиксировавшего отказ или сбой датчика с возмож-
ностью установки номера датчика, с которого начнется опрос, и направления обхода датчи-
ков. Устройство централизованного контроля группы объектов применено для поиска экстре-
мального (максимального или минимального) цифрового диагностического сигнала с одновре-
менным определением номера соответствующего датчика за один такт работы системы
контроля и диагностики. Разработка комбинационных схем данных контролирующих опросных
устройств выполнена средствами ISE Design Suite 14.7. Представлены положительные резуль-
таты тестирования алгоритмов работы созданных моделей, сведенные в таблицы состояний
входов и выходов схем и иллюстрируемые временными диаграммами двоичных сигналов на вы-
водах схем. Дана оценка требуемых затрат ресурсов ПЛИС, выраженная в количестве логиче-
ских элементов и пользовательских контактов. Также на примере приборов низкой интеграции
и наиболее ресурсоемких образцов даны верхняя и нижняя оценки количество ПЛИС различных
типов семейств Xilinx Spartan-6, Xilinx Virtex-4 и отечественной серии 5576/5578 АО «КТЦ
«Электроника». Установлено, что при количестве диагностических датчиков до 200 в зависи-
мости от семейства ПЛИС для реализации одного контролирующего опросного устройства
требуется до 17 микросхем низкой интеграции и до 7 ресурсоемких микросхем.
Литература
ierarkhicheskoy sistemy diagnostirovaniya slozhnykh radioelektronnykh kompleksov [Construction
of a universal integrated hierarchical system for diagnosing complex radioelectronic
complexes], Pribory i sistemy. Upravlenie, kontrol', diagnostika [Devices and systems. Management,
control, diagnostics], 2012, No. 4, pp. 46-50.
2. Fedoseev E.P. Osnovnye tekhnologii sozdaniya vysokonadezhnykh bortovykh vychislitel'nykh
system [Basic technologies for creating highly reliable onboard computing systems], Trudy
GosNIIAS. Voprosy avioniki [Proceedings of GosNIIAS. Avionics issues], 2015, Issue 3, pp. 3-15.
3. Hahn M., Elsner G. Advanced Integrated Control and Data Systems for Constellation Satellites,
MAPLD International Conference. NASA Office of Logic Design, Washington,
USA. 2002, pp. 217-225.
4. Hayden S., Christa S., Shulman S. Advanced Diagnostic System on Earth Observing One,
American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2005.
5. Mirko Jakovlievic, Complexity Design Considerations for Integrated Modular Avionics. Civil
Avionics International Forum, China. April, 2014.
6. Shelton C., Koopman P., Nace W. A Framework for Scalable Analysis and Design of System-
Wide Graceful Degradation in Distributed Embedded Systems, Eighth IEEE International
Workshop on Object-Oriented Real-Time Dependable Systems (WORDS 2003): Guadelajare
(Mexico), Jan. 2003. Guadelajare, 2003, pp. 8.
7. Eveleens Rene L.C. Open Systems Integrated Modular Avionics – The Real Thing Mission
Systems Engineering, Educational Notes RTO-EN-SCI-176, 2006. Neuilly-sur-Seine, November,
France? RTO, Paper 2, pp. 2-1-2-22.
8. Fedosov E.A. IMA Russian Program – Overall presentation, European and Russian Joint Avionics
Forum, Moscow, 2009, 15 p.
9. Kofanov Yu.N., Sotnikova S.Yu. Virtual'noe modelirovanie fizicheskikh protsessov v
kosmicheskoy apparature pri postroenii kiberneticheskkih sistem [Virtual modeling of physical
processes in space equipment in the construction of cybernetic systems], Aviakosmicheskoe
priborostroenie [Aerospace instrumentation], 2018, No. 4, pp. 36-44.
10. Wah B.W. Wiley Encyclopedia of Computer Science and Engineering, Vol. 1. Wileyinterscience,
2008.
11. Zakharov N.A., Klepikov V.I., Podkhvilin D.S. Upravlenie izbytochnost'yu setevykh
raspredelennykh sistem neobsluzhivaemoy avioniki [Redundancy management of network distributed
systems of unattended avionics], Aviakosmicheskoe priborostroenie [Aerospace instrumentation],
2018, No. 3, pp. 3-12.
12. Vagin V.N., Os'kin P.V. Mnogoagentnaya modeliruyushchaya podsistema kompleksov
diagnostiki na osnove modeley ustroystv [Multi-agent modeling subsystem of diagnostic complexes
based on device models], Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya [Izvestiya RAS.
Theory and control systems], 2006, No. 6, pp. 131-144.
13. Bakulin V.N., Malkov S.Yu., Goncharov V.V. Kovalev V.I. Upravlenie obespecheniem stoykosti
slozhnyyh tekhnicheskih system [Stability assurance management of complex technical systems].
Moscow: Fizmatlit, 2006.
14. Sergey Panychev, Vyacheslav Guzik, Anatoly Samoylenko, Andrey Panychev, The prerequisites
of forming a risk management system in the design of facilities space application,
MATEC Web of Conferences 102, 01030 (2017) V International Forum for Young Scientists
«Space Engineering». DOI: 10.1051/matecconf/201710201030/.
15. Samoilenko A.P., Panychev A.I., Panychev S.A. Statistical Diagnostics of Irreversible Avionics As a
Controlled Random Process, 2016 International Siberian Conference on Control and Communications
(SIBCON). Proceedings. Moscow: National Research University "Higher School of Economics",
Russia, Moscow, May 12−14, 2016. DOI: 10.1109/SIBCON.2016.7491722.
16. Samoylenko A.P., Panychev A.I., Panychev S.A. Sintez kontrollera vneshnikh preryvaniy s
dinamicheski izmenyaemym prioritetom [Synthesis of an external interrupt controller with a
dynamically variable priority], Problemy razrabotki perspektivnykh mikro- i nanoelektronnykh
sistem. 2016: Sb. trudov [Problems of developing promising micro- and nanoelectronic systems.
2016. Collection of works], pod obshch. red. akademika RAN A.L. Stempkovskogo.
– Moscow: IPPM RAS, 2016. Part II, pp. 212-219.
17. Kon E.L., Freiman V.I. Podkhody k testovomu diagnostirovaniyu tsifrovykh ustroystv [Approaches
to test diagnostics of digital devices], Vestnik Permskogo natsional'nogo
issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta [Bulletin of Perm National Research Polytechnic
University], 2012, No. 6, pp. 231-241.
18. Kiselev V.V., Suvorov N.A. Metod diagnostiki tsifrovyh skhem s programmiruemymi PLIS na etape
izgotovleniya [Diagnostic method of digital circuits with programmable FPGAs at the manufacturing
stage], Vestnik Permskogo natcional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta
[Bulletin of Perm National Research Polytechnic University], 2015, No. 14, pp. 97-107.
19. Samoylenko A.P., Samoylenko I.A., Yatsko F.G. Ustroystvo peremennogo prioriteta [Device of
variable priority], SU No. 1383353. A1, A.S. USSR. GO6F 9/46, Bulletin No. 11, 1988.
20. Samoylenko A.P., Usenko O.A. Sposob tsentralizovannogo kontrolya N ob"ektov [Method of centralized
control of N objects], Patent No. 2198418 RU, 7G 05 B2 3/02, Bulletin No. 4, 2003.
21. Telec V., Cybin S., Bystrickij A., Pod"yapol'skij S. PLIS dlya kosmicheskikh primeneniy.
Arkhitekturnye i skhemotekhnicheskie osobennosti [FPGA for space applications. Architectural
and circuit design features], Elektronika: nauka, tekhnologiya, biznes [Electronics: Science,
technology, business], 2005, No. 6(64), pp. 44-49.
22. Available at: https://www.xilinx.com/ (accessed 20 June 2022).
23. Available at: https://www.edc-electronics.ru/ (accessed 20 June 2022).
