Анализ структур отказоустойчивых бортовых комплексов при использовании электронных компонентов Industry
The possibility of applying Industry electronic components in onboard complex equipment operating under increased radiation levels is analyzed. Structures of onboard complexes of various control systems using IOTS and COTS technologies are studied. The advantages of applying multichannel, multi-tier...
Збережено в:
| Дата: | 2003 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
2003
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2003.2.03 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technology and design in electronic equipment |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technology and design in electronic equipment| _version_ | 1869472224613761024 |
|---|---|
| author | Kharchenko, V. S. Yurchenko, Yu. B. |
| author_facet | Kharchenko, V. S. Yurchenko, Yu. B. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. S. Kharchenko",
"institution": "National Aerospace University named after N. E. Zhukovsky \"KhAI\", Kharkiv, Ukraine"
},
{
"author": "Yu. B. Yurchenko",
"institution": "SPE Kharton-Arkos, Kharkiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Kharchenko, V. S. |
| baseUrl_str | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-30T17:51:02Z |
| description | The possibility of applying Industry electronic components in onboard complex equipment operating under increased radiation levels is analyzed. Structures of onboard complexes of various control systems using IOTS and COTS technologies are studied. The advantages of applying multichannel, multi-tier HIFT structures for tasks with strict time requirements are demonstrated. A comparative analysis of different fault-tolerant structures according to key indicators is carried out, and recommendations for their selection are formulated. |
| first_indexed | 2026-07-01T01:00:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 2
3
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
Èññëåäîâàíà âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ
ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ Industry â óñ-
ëîâèÿõ ïîâûøåííîé ðàäèàöèè. Ïîêà-
çàíû ïðåèìóùåñòâà ìíîãîÿðóñíûõ
HIFT-ñòðóêòóð.
Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè îòêàçîóñòîé÷èâûõ áîðòîâûõ
óïðàâëÿþùèõ è âû÷èñëèòåëüíûõ êîìïëåêñîâ (ÁÊ) äëÿ
ëåòàòåëüíûõ àïïàðàòîâ êîñìè÷åñêîãî íàçíà÷åíèÿ èëè
äëÿ äðóãèõ ñèñòåì êðèòè÷åñêîãî ïðèìåíåíèÿ, òàêèõ
êàê àïïàðàòóðà ÀÝÑ, ñòàëêèâàþòñÿ ñ ðÿäîì ñõîäíûõ
ïðîáëåì. Ýòî, ñ îäíîé ñòîðîíû, ïîâûøåííûå òðåáî-
âàíèÿ ê íàäåæíîñòè è æåñòêèé âðåìåííîé ðåãëàìåíò
ðàáîòû ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ (ÑÓ), à ñ äðóãîé � ïî-
ñòîÿííîå âîçäåéñòâèå ïîòîêà ÷àñòèö âûñîêèõ ýíåð-
ãèé [1]. Ðàäèàöèîííûé ôîí âûçûâàåò ëîêàëüíûå èç-
ìåíåíèÿ â ñòðóêòóðå êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè ýëåêò-
ðîííûõ êîìïîíåíò. Ïðîèñõîäÿùåå íàêîïëåíèå èçìå-
íåíèé îò ïîñòîÿííîãî âîçäåéñòâèÿ îòäåëüíûõ ïðîòî-
íîâ, ýëåêòðîíîâ èëè êîñìè÷åñêèõ ëó÷åé ìîæåò íàðó-
øàòü ðàáîòó ýëåêòðîííûõ ñèñòåì ÁÊ, â òîì ÷èñëå è
íåîáðàòèìî [2].
Òðåáîâàíèå âûïîëíåíèÿ çàäà÷è óïðàâëåíèÿ â òå-
÷åíèå îïðåäåëåííîãî âðåìåíè âûçâàëî ïîòðåáíîñòü
â ñïåöèôè÷åñêèõ ïîäõîäàõ ïðè ðàçðàáîòêå ýëåêòðîí-
íûõ êîìïîíåíòîâ ñïåöèàëüíî äëÿ ïðèìåíåíèÿ â óñ-
ëîâèÿõ ðàäèàöèè [3�5], äîïîëíèòåëüíî ïðèìåíÿþò-
ñÿ è ñïåöèàëüíûå ìåòîäû ðåçåðâèðîâàíèÿ [6�13].
Ñåãîäíÿ âûáîð ýëåìåíòîâ äëÿ àïïàðàòóðû ÁÊ ïðåä-
ñòàâëÿåò îñîáóþ çàäà÷ó, ïðåæäå âñåãî, äëÿ åãî îñíîâ-
íîé ÷àñòè � êîìïüþòåðíîãî áëîêà. Ñ îäíîé ñòîðîíû,
íàáëþäàåòñÿ ïîëíîå îòñóòñòâèå ðàäèàöèîííîñòîéêîé
ýëåìåíòíîé áàçû ïðîèçâîäñòâà ñòðàí ÑÍÃ [12, 14], ñ
äðóãîé ñòîðîíû, ñíèìàþòñÿ ñ ïðîèçâîäñòâà èíòåãðàëü-
íûå ñõåìû âîåííîãî íàçíà÷åíèÿ (â òîì ÷èñëå è êëàññà
SPACE) â ñòðàíàõ äàëüíåãî çàðóáåæüÿ êàê ìîðàëüíî
óñòàðåâøèå, äîðîãîñòîÿùèå è íå ïîëüçóþùèåñÿ ñïðî-
ñîì. Ïðîèçâîäèìûå æå ýëåìåíòû, ïîìèìî âûñîêîé
ñòîèìîñòè, íàõîäÿòñÿ ïîä êîíòðîëåì è îòñóòñòâóþò â
ñâîáîäíîé ïðîäàæå.
Âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ ýëåêòðîííûõ êîìïîíåí-
òîâ øèðîêîãî èñïîëüçîâàíèÿ ïðè ïîíèæåíèè ñòîèìî-
ñòè, ãàáàðèòîâ è ìàññû àïïàðàòóðû ÁÊ áåç óõóäøå-
íèÿ òåõíè÷åñêèõ è ýêñïëóàòàöèîííûõ ïîêàçàòåëåé, â
ò. ÷. ïîêàçàòåëÿ íàäåæíîñòè, âûçûâàåò íåñîìíåííûé
ïðàêòè÷åñêèé èíòåðåñ. Èññëåäîâàíèÿ â ýòîé îáëàñòè
èëëþñòðèðóþò ñòðåìëåíèå ñïåöèàëèñòîâ èñïîëüçî-
âàòü áîëåå äåøåâûå ýëåêòðîííûå êîìïîíåíòû ïðè
ñîáëþäåíèè ìåð îáåñïå÷åíèÿ íàäåæíîñòè ÑÓ â öå-
ëîì [15].
Öåëü ñòàòüè � àíàëèç âàðèàíòîâ ïîñòðîåíèÿ ÁÊ è
ÑÓ êðèòè÷íîãî è áèçíåñ-êðèòè÷íîãî ïðèìåíåíèÿ ñ
èñïîëüçîâàíèåì ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ Industry,
ïóòåé óìåíüøåíèÿ èõ ñòîèìîñòè, óâåëè÷åíèÿ âðåìå-
íè ýêñïëóàòàöèè è óëó÷øåíèÿ äðóãèõ ïîêàçàòåëåé áåç
ñíèæåíèÿ íàäåæíîñòè.
Âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ýëåêòðîííûõ êîì-
ïîíåíòîâ Industry â ñèñòåìàõ êðèòè÷íîãî ïðè-
ìåíåíèÿ
 ïîñëåäíåå âðåìÿ íàáëþäàåòñÿ èíòåíñèâíîå ðàç-
âèòèå òåõíîëîãèè ïðîèçâîäñòâà ýëåêòðîííûõ êîìïî-
íåíòîâ è ñòðåìèòåëüíîå óâåëè÷åíèå ôóíêöèîíàëüíîé
íîìåíêëàòóðû ÁÈÑ, ïðåäñòàâëÿþùèõ ñîáîé ïîëíî-
ñòüþ çàêîí÷åííûå óçëû ÐÝÀ â êîììåð÷åñêîì è èí-
äóñòðèàëüíîì èñïîëíåíèè. Ïðîâåäåííûå èññëåäîâà-
íèÿ ïîçâîëèëè ïðåäëîæèòü òåõíîëîãèè íà îñíîâå
Commercial-Off-The-Shelf (COTS) [16, 17] è Industry-
Off-The-Shelf (IOTS) ïîäõîäîâ [12, 13, 18�22] ïðè
ïðîåêòèðîâàíèè ÁÊ äëÿ æåñòêèõ óñëîâèé ýêñïëóàòà-
öèè. Òàêèå ïîäõîäû èíòåðåñíû êàê ñ ôèíàíñîâîé ñòî-
ðîíû ïðîåêòà, òàê è ñî ñòîðîíû äîñòóïíîñòè ýëåêò-
ðîííûõ êîìïîíåíòîâ.
Çàâèñèìîñòü óðîâíÿ ðàäèàöèîííîé ñòîéêîñòè ïî-
ëóïðîâîäíèêîâûõ ÈÑ îò òåõíîëîãèè, òîïîëîãèè è êà-
÷åñòâà ìàòåðèàëîâ ïðè èçãîòîâëåíèè, ïðåäïîëîæåíèÿ
î êîòîðîé ñôîðìóëèðîâàíû â [3], ïîäòâåðæäàåòñÿ
òåñòèðîâàíèåì [17]. Äîñòèæåíèÿ â òåõíîëîãèè ïðî-
èçâîäñòâà, à òàêæå òîïîëîãè÷åñêèå ðåøåíèÿ, çàêëà-
äûâàåìûå ïðè ïðîåêòèðîâàíèè è íàïðàâëåííûå íà ðå-
àëèçàöèþ ìåõàíèçìîâ ïàðèðîâàíèÿ ñëó÷àéíûõ ñáî-
åâ, ïîçâîëÿþò ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ÁÈÑ øèðîêîãî ïðè-
ìåíåíèÿ ìîãóò îáåñïå÷èòü îïðåäåëåííûé óðîâåíü ðà-
äèàöèîííîé ñòîéêîñòè äàæå áåç ñïåöèàëüíûõ ìåð çà-
ùèòû. Èññëåäîâàíèÿ, ïðîâîäèìûå â ïîñëåäíèå ãîäû,
äàþò îïòèìèñòè÷åñêèå ïðîãíîçû [17, 23�26], à íå-
îáõîäèìîñòü ïðèìåíåíèÿ êîìïîíåíòîâ, íå óêàçàííûõ
â ïåðå÷íÿõ òåñòèðîâàíèÿ, ïîðîæäàåò ãèïîòåçû î âîç-
ìîæíîñòè ðàñøèðåíèÿ ýòîãî ïåðå÷íÿ çà ñ÷åò êîìïî-
íåíòîâ, àíàëîãè÷íûõ ïî òåõíîëîãèè ïðîèçâîäñòâà.
Îäíàêî îòíîñèòåëüíî ýòèõ êîìïîíåíòîâ îòñóòñòâóåò
óâåðåííîñòü â âîçìîæíîñòè èõ ïðèìåíåíèÿ â óñëî-
âèÿõ ïîâûøåííîãî ðàäèàöèîííîãî ôîíà.
Óñðåäíåííûå ïàðàìåòðû ñòîéêîñòè îäèíàêîâûõ ïî
ôóíêöèîíàëüíîìó íàçíà÷åíèþ ÁÈÑ ðàçëè÷íûõ êëàñ-
ÀÍÀËÈÇ ÑÒÐÓÊÒÓÐ ÎÒÊÀÇÎÓÑÒÎÉ×ÈÂÛÕ
ÁÎÐÒÎÂÛÕ ÊÎÌÏËÅÊÑÎÂ ÏÐÈ ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÈÈ
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÕ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÎÂ INDUSTRY
Ä. ò. í. Â. Ñ. ÕÀÐ×ÅÍÊÎ, Þ. Á. ÞÐ×ÅÍÊÎ
Óêðàèíà, ã. Õàðüêîâ, Íàöèîíàëüíûé àýðîêîñìè÷åñêèé óí-ò
èì. Í. Å. Æóêîâñêîãî �ÕÀÈ�, ÍÏÏ "Õàðòðîí-Àðêîñ"
E-mail: arkos@sovam.kharkov.ua
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
05.11 2002 ã.
Îïïîíåíò ê. ò. í. À. À. ÅÔÈÌÅÍÊÎ
(ÎÍÏÓ, ã. Îäåññà)
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 2
4
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
ñîâ èñïîëíåíèÿ è ïîêàçàòåëè èõ îòíîñèòåëüíîé ñòî-
èìîñòè ïðèâåäåíû â òàáë. 1. Ñîïîñòàâëåíèå îòíîøå-
íèÿ ìàêñèìàëüíîé îáùåé èîíèçàöèîííîé äîçû ê ñòî-
èìîñòè, à òàêæå âåëè÷èíû ñòîéêîñòè ê îäèíî÷íûì
ñáîÿì äëÿ îäèíàêîâûõ ïî ôóíêöèîíàëüíîìó íàçíà-
÷åíèþ ÁÈÑ ðàçëè÷íûõ êëàññîâ (ðèñ. 1) ïîêàçûâàåò,
÷òî íàèëó÷øåå ñîîòíîøåíèå èìåþò êîìïîíåíòû
Industry äëÿ ïîêàçàòåëÿ ñòîéêîñòè ê ñáîÿì SEL â ïðå-
äåëàõ 40�80 MeV·sm2/(mg) [14].
Îäíàêî, êàê îòìå÷àëîñü â [16], èñïîëüçóÿ ìåòîä
«àíàëîãè÷íûõ óñòðîéñòâ», íåîáõîäèìî ëèáî ââîäèòü
çàïàñ ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ÁÊ, ëèáî ïðîâîäèòü èñïû-
òàíèÿ êîìïîíåíòîâ îò ïðîèçâîäèòåëÿ è äàëåå èñïîëü-
çîâàòü ïðîäóêöèþ òîëüêî ýòîãî ïðîèçâîäèòåëÿ, ëèáî
ïðîèçâîäèòü èñïûòàíèÿ ìîäóëåé èç ïîñòàâëÿåìîé
ïàðòèè è äàëåå èñïîëüçîâàòü ïðîäóêöèþ òîëüêî ýòîé
ïàðòèè. Ïîñëåäíåå çàìå÷àíèå íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü
ïðè èñïîëüçîâàíèè ïðîäóêöèè ôèðì-ïîñòàâùèêîâ
ãîòîâûõ ìîäóëåé, ò. ê. â ìîäóëÿõ ðàçëè÷íûõ ïàðòèé
âûïóñêà ìîãóò áûòü óñòàíîâëåíû àíàëîãè÷íûå ýëå-
ìåíòû ðàçëè÷íûõ ïðîèçâîäèòåëåé.
Ïðèìåíåíèå îòäåëüíûõ ýëåìåíòîâ ïîçâîëÿåò áî-
ëåå ãèáêî ïîäõîäèòü ê ïðîöåññó ðàçðàáîòêè ÁÊ äëÿ
êîíå÷íîãî ïîëüçîâàòåëÿ ïî ïîêàçàòåëÿì óñëîâèé ýêñ-
ïëóàòàöèè, íàäåæíîñòè è ñòîèìîñòè âñåé ÑÓ. Çàìå-
òèì òàêæå, ÷òî òåñòèðîâàíèå ìíîãèõ ýëåêòðîííûõ êîì-
ïîíåíòîâ êëàññà Industry â ÷àñòè ìåõàíè÷åñêèõ è êëè-
ìàòè÷åñêèõ âîçäåéñòâèé ïðîõîäèò ïî ìåòîäèêàì
MIL-883 ëèáî àíàëîãè÷íûì äàííîìó ñòàíäàðòó, à
âðåìÿ íàðàáîòêè íà îòêàç äëÿ âñåõ êëàññîâ èñïîëíå-
íèÿ ñîñòàâëÿåò íå ìåíåå äåñÿòè ëåò.
Ñîïîñòàâëÿÿ ïóáëèêóåìûå äàííûå ðåçóëüòàòîâ
èñïûòàíèé íà ñòîéêîñòü, ìîæíî ïðåäïîëîæèòü ïðà-
âîìåðíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ êîìïîíåíòîâ Industry äëÿ
àïïàðàòóðû ÁÊ ðàêåòîíîñèòåëåé è êîñìè÷åñêèõ àï-
ïàðàòîâ (ÊÀ), à òàêæå ÑÓ ÀÝÑ, ñ ó÷åòîì âûáîðà îï-
òèìàëüíîé ñòðóêòóðû ÁÊ, äîïóñòèìîãî âðåìåíè ïà-
ðèðîâàíèÿ ñáîåâ, íàçíà÷åíèÿ ÑÓ è òîëùèíû åñòå-
ñòâåííîé çàùèòû êîðïóñà ïðèáîðà.
Àïïàðàòíàÿ ðåàëèçàöèÿ îòêàçîóñòîé÷èâûõ ñòðóê-
òóð áîðòîâûõ êîìïëåêñîâ
Ñòðóêòóðà ÁÊ îïðåäåëÿåòñÿ íàçíà÷åíèåì ÑÓ è
äîëæíà îáåñïå÷èâàòü ñîõðàíåíèå ðàáîòîñïîñîáíî-
ñòè â óñëîâèÿõ îäèíî÷íûõ ñáîåâ è îòêàçîâ. Ôóíê-
öèîíèðîâàíèå àïïàðàòóðû ÁÊ â óñëîâèÿõ îáðàòèìûõ
äåôåêòîâ òðåáóåò òàêèõ ðåøåíèé, êîòîðûå â òå÷åíèå
àêòèâíîãî ðàáî÷åãî öèêëà âûïîëíÿåìîé çàäà÷è ëèáî
îáåñïå÷èâàþò ïàðèðîâàíèå ñáîåâ, ëèáî èõ ìàñêè-
ðîâàíèå è âîññòàíîâëåíèå ïðîöåññà óïðàâëåíèÿ íà
áîðòó. Ïîëíîå òåñòèðîâàíèå è ðåêîíôèãóðàöèÿ àï-
ïàðàòíîé ÷àñòè ÁÊ ìîæåò ïðîèñõîäèòü òîëüêî â òå-
÷åíèå ïàññèâíîãî öèêëà âûïîëíÿåìîé çàäà÷è [9].
Äëèòåëüíîñòü àêòèâíîãî ðàáî÷åãî öèêëà, ñîîòíî-
øåíèå åãî ñ ïàññèâíûì è ñòåïåíü ðèñêà âîçäåéñòâèÿ
âíåøíèõ ôàêòîðîâ íà àïïàðàòóðó ÑÓ îïðåäåëÿþò òðå-
áîâàíèÿ ïðè âûáîðå ñòðóêòóðû ÁÊ è åãî êîìïîíåí-
òîâ ñ COTS-ïîäõîäîì ê ïðîåêòèðîâàíèþ ÑÓ [19�
22, 27]. Íèæå ïðîàíàëèçèðîâàíû íåêîòîðûå âàðèàí-
òû ñòðóêòóð ïîñòðîåíèÿ ÁÊ äëÿ ðàçëè÷íûõ ÑÓ ñ ïðè-
ìåíåíèåì îäíîêðèñòàëüíûõ ïðîöåññîðíûõ ýëåìåíòîâ.
Îäíîêàíàëüíûå ñòðóêòóðû ñ àâòîìàòîì êîíòðî-
ëÿ è âîññòàíîâëåíèÿ èíôîðìàöèè (ÀÊÂÈ)
ÁÊ ñ òàêèì òèïîì ñòðóêòóðû ìîãóò áûòü ïîñòðîå-
íû íà îñíîâå îäíîêàíàëüíûõ ïðîöåññîðíûõ ìîäóëåé
è êîíòðîëëåðîâ òàêèõ ôèðì êàê Advantech, Fastwell
èëè Octagon Systems, íåîäíîêðàòíî ðåêëàìèðóåìûõ
äëÿ êîñìè÷åñêîãî ïðèìåíåíèÿ [18�21]. Ïðîñòîòà,
ìîäóëüíîñòü, ïðîãðàììíàÿ ÐÑ-ñîâìåñòèìîñòü ïîñ-
ëåäíèõ ïîçâîëÿþò çàòðà÷èâàòü ìàëîå âðåìÿ äëÿ ïîñò-
ðîåíèÿ ÑÓ íà äàííîé îñíîâå. Ïîäòâåðæäåíèå ðàáî-
òîñïîñîáíîñòè â æåñòêèõ óñëîâèÿõ ýêñïëóàòàöèè äëÿ
íåêîòîðûõ òèïîâ ìîäóëåé ïî ñòàíäàðòó MIL STD-883
â ÷àñòè ìåõàíè÷åñêèõ âîçäåéñòâèé, âðåìÿ áåçîòêàç-
íîé ðàáîòû, ãàðàíòèðóåìîå ôèðìîé-èçãîòîâèòåëåì
(áîëåå 100 òûñ. ÷), à òàêæå äàííûå ïî ðàäèàöèîííîé
ñòîéêîñòè [18�21, 23�26] âûãëÿäÿò î÷åíü çàìàí÷è-
âî ïðè ïðåäñòàâëåíèè ïðîöåññîðíûõ ìîäóëåé Industry
äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ÁÊ. Áàçîâàÿ ñòðóêòóðà ïðîöåñ-
ñîðíîãî ìîäóëÿ òàêîãî òèïà ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 2.
Òàáëèöà 1
Ñðàâíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè îäíîòèïíûõ ÁÈÑ
ðàçëè÷íûõ êëàññîâ èñïîëíåíèÿ
Êëàññ
èñïîëíåíèÿ
Ïîêàçàòåëü
äåãðàäàöèè
TID, êÐàä (Si)*
Ïîêàçàòåëü îäè-
íî÷íûõ ñáîåâ SEL,
MeV· sm2/(mg)
Ñðåäíÿÿ
ñòîèìîñòü
Cost***, $
Commercial <3* <30* 1
Industry >30* 20…80* 5…10
Military Space >100** >40** 30…≥150
*Óñðåäíåííûé ïîêàçàòåëü ðåçóëüòàòîâ èñïûòàíèé, ïðèâåäåí-
íûé â îò÷åòàõ [19, 21, 23—26].
**Òèïîâûé ïîêàçàòåëü ïðîäóêöèè Space Electronics Inc.
***Ïðèâåäåííûé ïîêàçàòåëü ñòîèìîñòè ïîñòàâùèêîâ ýëåêòðîí-
íûõ êîìïîíåíòîâ íà Óêðàèíå.
INDUSTRY
COMMERCIAL
SPACE
SEL,
MeV sm2
mg
100
60
20
1 2 3 4 5 6
$
kRad
,
Cost
TID
Ðèñ. 1. Ðàñïðåäåëåíèå ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ ïî ïî-
êàçàòåëÿì ñòîéêîñòè è ñòîèìîñòè
Monitoring,
error data detection
and correction
unit
CPU
RAM & ROM
Watchdog timer
Reset
I/O
units
Ðèñ. 2. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ïðîöåññîðíîãî ìîäóëÿ ñ ÀÊÂÈ
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 2
5
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
Àâòîìàòîì êîíòðîëÿ çäåñü ìîãóò ñëóæèòü ñòîðî-
æåâîé òàéìåð è ñèñòåìà êîíòðîëÿ è êîððåêöèè êîäà â
ÎÇÓ. Àâòîìàò âîññòàíîâëåíèÿ èíôîðìàöèè ïðè ñáîå
âîçìîæåí ïðè âíåäðåíèè ïðîãðàììíûõ ìîäóëåé îá-
ðàáîòêè îøèáîê ïî àëãîðèòìàì, çàäàííûì êîíå÷íûì
ïîëüçîâàòåëåì ïîñëå ðåñòàðòà ÎÑ è ïåðåãðóçêè îñ-
íîâíîé ïðîãðàììû.
Îäíàêî ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî â ïîñòðîåííûõ íà
äàííîì îáîðóäîâàíèè ÑÓ íå îïðåäåëåíî âðåìÿ æèç-
íè ñêðûòîãî ñîñòîÿíèÿ ïîòåíöèàëüíîãî ñáîÿ, åãî ìå-
ñòîïîëîæåíèå, à òàêæå êîëè÷åñòâî è ñòåïåíü îïàñíî-
ñòè êàæäîãî èç íèõ. Ðàçëè÷íûìè ïðîãðàììíûìè ìå-
òîäàìè [28] ìîæíî äîñòè÷ü îïòèìàëüíîãî âðåìåíè
îáíàðóæåíèÿ è ïàðèðîâàíèÿ ñáîÿ â ÷àñòè îáëàñòè
äàííûõ ÎÇÓ.  ÷àñòè îáëàñòè ïðîãðàìì ÎÇÓ ÐÑ-ñîâ-
ìåñòèìîñòü â ñî÷åòàíèè ñ ïðèìåíåíèåì COTS îïå-
ðàöèîííûõ ñèñòåì (ÎÑ) íàêëàäûâàþò îãðàíè÷åíèÿ íà
âîçìîæíîñòè îáíàðóæåíèÿ è ïàðèðîâàíèÿ ñáîåâ. Ðå-
àêöèåé íà ñáîé ìîæåò ñëóæèòü òîëüêî óõîä ñ ïðî-
ãðàììû è ðåñòàðò ïî ñòîðîæåâîìó òàéìåðó. Åäèí-
ñòâåííî âîçìîæíîå ïàðèðîâàíèå ñáîÿ � ïåðåçàãðóç-
êà COTS-ÎÑ è ïðîãðàìì ïîëüçîâàòåëÿ, êîòîðîå òðå-
áóåò ≥10 ñåêóíä ïîòåðü â ñèñòåìå óïðàâëåíèÿ.
Òàêèì îáðàçîì, ÑÓ, ïîñòðîåííûå íà îñíîâå òàêèõ
ñòðóêòóð, ïðèìåíèìû òîëüêî ëèáî äëÿ î÷åíü ìåäëåí-
íî èçìåíÿþùèõñÿ ïðîöåññîâ, ëèáî äëÿ ïðîöåññîâ,
êîòîðûå ìîæíî âðåìåííî ïðèîñòàíîâèòü è îòëîæèòü
èõ âûïîëíåíèå äî âîññòàíîâëåíèÿ ðàáîòîñïîñîáíîñ-
òè ÑÓ. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðèìåíåíèå òàêèõ ðåøåíèé ïðè
ïîñòðîåíèè ÑÓ íå äîïóñòèìî íè äëÿ êîíòðîëëåðíîé
è óïðàâëÿþùåé àïïàðàòóðû ÀÝÑ, íè äëÿ óïðàâëÿþ-
ùåé àïïàðàòóðû êîñìè÷åñêîãî àïïàðàòà è, òåì áîëåå,
ðàêåòîíîñèòåëÿ.
Àëüòåðíàòèâíûì ðåøåíèåì â ÷àñòè ïîâûøåíèÿ íà-
äåæíîñòè îäíîêàíàëüíûõ ÁÊ è óìåíüøåíèÿ âðåìåíè
æèçíè ñêðûòîãî ïîòåíöèàëüíîãî ñáîÿ ÿâëÿåòñÿ îòêàç
îò ïðèìåíåíèÿ ãîòîâûõ ïëàò ìîäóëåé, à òàêæå COTS-
ÎÑ, è ïîñòðîåíèå ÁÊ íà îòäåëüíûõ IOTS-êîìïîíåí-
òàõ ñ ïîëíîé ðàçðàáîòêîé ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷å-
íèÿ ýëåìåíòîâ ÎÑ è ïðèêëàäíûõ çàäà÷. Îäíàêî òàêèå
ðåøåíèÿ âëåêóò çà ñîáîé óâåëè÷åíèå êàê ñðîêîâ ãî-
òîâíîñòè ïðîåêòîâ, òàê è îáúåìîâ ôèíàíñèðîâàíèÿ.
Ìíîãîêàíàëüíûå ðåçåðâèðîâàííûå ñòðóêòóðû ñ õî-
ëîäíûì è ãîðÿ÷èì ðåçåðâîì êàíàëîâ ñî âñòðîåííûì
ÀÊÂÈ
 ñòðóêòóðàõ òàêèõ ÁÊ çà îñíîâó áåðåòñÿ êàíàë
êîíòðîëëåðíîãî èëè ïðîöåññîðíîãî ìîäóëåé ðàññìîò-
ðåííîãî âûøå òèïà. Äëÿ óïðàâëåíèÿ ìîäóëÿìè â äàí-
íîé ðåçåðâèðîâàííîé ñòðóêòóðå íåîáõîäèìî ââåäå-
íèå ñïåöèàëüíîãî áëîêà êîíòðîëÿ è óïðàâëåíèÿ ðå-
êîíôèãóðàöèåé (ÁÊÓÐ). Ýòî ìîæåò áûòü ëèáî ðàçðà-
áîòêà òîé æå ôèðìû (êàê, íàïðèìåð, ìîäóëü ðåçåð-
âèðîâàíèÿ 1785-CHBM ôèðìû Allen Bradley äëÿ êîí-
òðîëëåðîâ ñåìåéñòâà PCL-5), ëèáî ñïåöèàëüíàÿ ðàç-
ðàáîòêà äëÿ ïðîåêòèðóåìîé ÑÓ. Òàêîé áëîê äîëæåí
ôóíêöèîíèðîâàòü êàê æåñòêèé àâòîìàò ñ èäåàëüíî îò-
ðàáîòàííûìè àëãîðèòìàìè óïðàâëåíèÿ ðåçåðâîì ïðè
âñåõ âîçìîæíûõ ñèòóàöèÿõ. Ñòðóêòóðà ðåçåðâèðîâàí-
íîãî ÁÊ ýòîãî òèïà ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 3.
Îáùèé ïîêàçàòåëü áåçîòêàçíîé ðàáîòû äàííîé
ñòðóêòóðû ÁÊ âûøå, ÷åì ó îäíîêàíàëüíîé. Îäíàêî
ñëåäóåò îòìåòèòü ñèëüíóþ çàâèñèìîñòü îáùåãî ïîêà-
çàòåëÿ äëÿ ÁÊ îò ïîêàçàòåëÿ áåçîòêàçíîé ðàáîòû ñîá-
ñòâåííî ÁÊÓÐ, âåëè÷èíà êîòîðîãî äîëæíà áûòü âûøå,
÷åì äëÿ îñòàëüíûõ ðåçåðâèðîâàííûõ ìîäóëåé ÁÊ.
Âðåìÿ æèçíè ñêðûòîãî ñîñòîÿíèÿ ïîòåíöèàëüíîãî
ñáîÿ â ñòðóêòóðå ñ "ãîðÿ÷èì" ðåçåðâîì ìîæåò áûòü
ñâåäåíî ê íåñêîëüêèì òàêòàì ñèñòåìíîé çàäà÷è ÑÓ è
çàâèñèò îò ïîñòðîåíèÿ àëãîðèòìîâ ðàáîòû êàíàëà ïðî-
öåññîðà ñ ÁÊÓÐ. Äëÿ ñëó÷àÿ ñ "õîëîäíûì" ðåçåðâîì
è àíàëîãè÷íûìè àëãîðèòìàìè âçàèìîäåéñòâèÿ ÁÊÓÐ
ìîæåò ïîçâîëèòü ñîêðàòèòü (ïî ñðàâíåíèþ ñ îäíîêà-
íàëüíîé ñòðóêòóðîé ÁÊ) âðåìÿ ðåñòàðòà óïðàâëÿþ-
ùåé çàäà÷è ÑÓ ïóòåì ïîäêëþ÷åíèÿ ðåçåðâíîãî êàíà-
ëà ñðàçó ïðè îòñóòñòâèè ñèãíàëà íîðìû îò àêòèâíîãî
êàíàëà.  îáîèõ ñëó÷àÿõ óïðàâëåíèå ïåðåäàåòñÿ íà
ïðåäâàðèòåëüíî ïðîòåñòèðîâàííûé ðåçåðâíûé êàíàë,
à ïîäîçðåâàåìûé êàíàë ïåðåâîäèòñÿ â ðåæèì òåñòè-
ðîâàíèÿ ñ ïîñëåäóþùåé ìàðêèðîâêîé ïðèãîäíîñòè.
Monitoring and Redundancy Control System
Monitoring & EDAC unit
CPU
Watchdog
timer
Reset
I/O
units
Channel
1
RAM & ROM
C
ha
nn
el
O
k!
C
ha
nn
el
O
ff
External I/O interface
....
Channel
2
C
ha
nn
el
O
ff
C
ha
nn
el
O
k!
Channel
k
C
ha
nn
el
O
ff
C
ha
nn
el
O
k!
Ðèñ. 3. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ðåçåðâèðîâàííîãî ÁÊ íà îñíîâå ïðîöåññîðíîãî ìîäóëÿ ñ ÀÊÂÈ
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 2
6
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
Çäåñü òàêæå ñóùåñòâóåò ðèñê ïîïàäàíèÿ íà êàíàë ñ
íåèñïðàâíîñòüþ íà ìîìåíò âêëþ÷åíèÿ [28].
Ñî÷åòàíèå IOTS-ìîäóëåé, COTS-ÎÑ, ïðîñòîòà
ñòðóêòóðû è ýíåðãîýêîíîìè÷íîñòü ÁÊ ñ õîëîäíûì ðå-
çåðâèðîâàíèåì ïîäâîäÿò ê ìûñëè î âîçìîæíîì èñ-
ïîëüçîâàíèè òàêèõ ñòðóêòóð â äëèòåëüíî íåîáñëóæè-
âàåìûõ ñèñòåìàõ ñ îãðàíè÷åííûì ýíåðãîïîòðåáëå-
íèåì, íå ñâÿçàííûõ ñ çàäà÷àìè æåñòêîâðåìåííîé ðåã-
ëàìåíòàöèè óïðàâëåíèÿ. Ýòî ìîãóò áûòü ñèñòåìû äëÿ
ìàëûõ ÊÀ êîììåð÷åñêîãî íàçíà÷åíèÿ, â çàäà÷è êîòî-
ðûõ íå âõîäèò ïîñòîÿííîå è òî÷íîå ïîääåðæàíèå îðè-
åíòàöèè è íàâèãàöèè. Ïîî÷åðåäíûå öèêëû âêëþ÷åíèÿ-
âûêëþ÷åíèÿ êàíàëîâ íåîáñëóæèâàåìûõ ÁÊ äîëæíû
òàêæå ïîëîæèòåëüíî ñêàçàòüñÿ íà äëèòåëüíîñòè ýêñ-
ïëóàòàöèè àïïàðàòóðû â óñëîâèÿõ ðàäèàöèè [16, 17].
Îäíàêî äëÿ âûïîëíåíèÿ çàäà÷, ñâÿçàííûõ ñ óï-
ðàâëåíèåì ïðîöåññàìè ñ áûñòðî èçìåíÿþùèìèñÿ
äàííûìè (íàïðèìåð, ïîñòîÿííîãî è òî÷íîãî ïîääåð-
æàíèÿ îðèåíòàöèè è íàâèãàöèè), íåîáõîäèìî óìåíü-
øåíèå âðåìåíè ðåàêöèè íà ñáîé èëè îòêàç â îáîðóäî-
âàíèè, ÷òî âëå÷åò çà ñîáîé äàëüíåéøåå óñëîæíåíèå
ñòðóêòóðû ÁÊ êàê â àïïàðàòíîé, òàê è â ïðîãðàììíîé
÷àñòè. Êðîìå ýòîãî, íåîáõîäèìîñòü ðàçâèòèÿ ôóíê-
öèé ÁÊÓÐ ïðåâðàùàåò åãî â ñàìîñòîÿòåëüíûé ïðî-
öåññîðíûé ìîäóëü ñ áîëåå æåñòêèìè òðåáîâàíèÿìè
ïî íàäåæíîñòè.
Ìíîãîêàíàëüíûå ñòðóêòóðû ñ àâòîìàòîì ìåæêà-
íàëüíîãî îáìåíà, ïðîãðàììíîãî êîíòðîëÿ è âîññòà-
íîâëåíèÿ èíôîðìàöèè â êàíàëàõ (ÀÌÊÂÈ)
Ââåäåíèå ìåæêàíàëüíîãî îáìåíà â ñòðóêòóðó ÁÊ
ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü äîñòîâåðíîñòü èñòèííîé ðàáîòû
êàíàëîâ ÁÊ è ñîêðàòèòü äî ïðåäåëîâ òàêòà çàäà÷è âðå-
ìÿ îáíàðóæåíèÿ ñáîÿ â îäíîì èç êàíàëîâ ÁÊ. Ïðåä-
ëîæåíî ìíîæåñòâî âàðèàíòîâ ïîñòðîåíèÿ ñòðóêòóðû
ñ ÀÌÊÂÈ: SIFT [29], MAFT [30], FTPP [31], Delta-4
[32] è äð.[15, 18�22, 33], ãäå çà àïïàðàòíóþ îñíîâó
âçÿòî äâà è áîëåå èäåíòè÷íûõ ïðîöåññîðíûõ ìîäó-
ëåé ñ êîììóíèêàöèîííûì îáîðóäîâàíèåì äëÿ îðãà-
íèçàöèè ìåæêàíàëüíîãî èíòåðôåéñà.
Îáùàÿ îñîáåííîñòü òàêèõ ÁÊ ñîñòîèò â ïðàêòè-
÷åñêè ïîëíîì ïåðåëîæåíèè íà ïðîãðàììíîå îáåñïå-
÷åíèå ôóíêöèé ïîääåðæàíèÿ îòêàçîóñòîé÷èâîñòè êàê
ÁÊ, òàê è âñåé ÑÓ. Òåîðåòè÷åñêèé ïîêàçàòåëü íàäåæ-
íîñòè îáîðóäîâàíèÿ âûñîê, íî ðàáîòîñïîñîáíîñòü ÁÊ
íà ïðàêòèêå íà÷èíàåò çàâèñåòü îò ïðàâèëüíîñòè àëãî-
ðèòìîâ ïàðèðîâàíèÿ ñáîåâ è îòêàçîâ. ÁÊ ñ òàêîé
ñòðóêòóðîé òðåáóþò âûäåëåíèÿ â òàêòå çàäà÷è, êðîìå
âðåìåíè íà ñàìîòåñòèðîâàíèå îáîðóäîâàíèÿ êàíàëà,
äîïîëíèòåëüíûõ âðåìåííûõ «ùåëåé» äëÿ îðãàíèçà-
öèè ìåæêàíàëüíîãî îáìåíà îïåðàòèâíûìè äàííûìè
âõîäíîé èíôîðìàöèè, äàííûõ âû÷èñëåíèé, ðåçóëüòà-
òîâ ñàìîòåñòèðîâàíèÿ è îáðàáîòêè ïîëó÷åííîé èí-
ôîðìàöèè [22].
Îäíàêî ïðè ðåàëèçàöèè ñëîæíûõ çàäà÷ óïðàâëå-
íèÿ ñ áîëüøèì îáúåìîì îáðàáàòûâàåìîé èíôîðìà-
öèè è òðåáóåìîé äëèòåëüíîñòüþ òàêòà ñèñòåìíîãî âðå-
ìåíè ìåíåå 100 ìñ âîçðàñòàåò ïîòðåáíîñòü â ïîâû-
øåíèè âû÷èñëèòåëüíîé ìîùíîñòè ïðîöåññîðà. Ïðè
ýòîì íàáëþäàåòñÿ íåäîñòàòî÷íàÿ ïðîïóñêíàÿ ñïîñîá-
íîñòü êàê ñèñòåìíîé ìàãèñòðàëè îäíîïðîöåññîðíûõ
ìîäóëåé, òàê è ìàãèñòðàëè ìåæêàíàëüíîé ñâÿçè.
ÁÊ òàêîé ñòðóêòóðû îòëè÷àåòñÿ äâóõóðîâíåâûì
ïîñòðîåíèåì àïïàðàòóðû è ïðîãðàìì [7, 9, 30]. Ðàç-
äåëåíèå ôóíêöèé ïîçâîëÿåò ñíèçèòü çàãðóæåííîñòü
òàêòîâ � êàê äëÿ çàäà÷è ïðèêëàäíîãî ïðèëîæåíèÿ,
òàê è äëÿ çàäà÷è êîíòðîëÿ è îáåñïå÷åíèÿ îòêàçîóñ-
òîé÷èâîñòè. Ïðè ýòîì ïîÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü ïîíè-
çèòü ñêîðîñòü ìåæêàíàëüíîãî îáìåíà è ïðîèçâåñòè
áîëåå ãëóáîêèé àíàëèç ïîñòóïàþùåé è âûäàâàåìîé
èíôîðìàöèè. Òàêîé ïîäõîä âîçìîæåí ïðè íàðàùèâà-
íèè âû÷èñëèòåëüíîé ìîùíîñòè ðàçðàáîòàííûõ è íà-
õîäÿùèõñÿ â ýêñïëóàòàöèè ÑÓ ÀÝÑ îäíîóðîâíåâûõ
ÁÊ ñ ÀÌÊÂÈ.
Îñíîâíûìè ïðîáëåìàìè ïðè ïîñòðîåíèè òàêèõ
ñòðóêòóð ñòàíîâÿòñÿ ñèíõðîíèçàöèÿ ïðîöåññîâ â êà-
íàëàõ è ïîääåðæàíèå ïëàíèðîâàíèÿ ìåæêàíàëüíîé
ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè [7, 22, 33]. ×àñòè÷íî ðåøåíèå
ýòèõ ïðîáëåì ïðåäëàãàåòñÿ íà ïðîãðàììíî-àïïàðàò-
íîì óðîâíå. Â ñòðóêòóðå Delta-4 [32] ñèíõðîíèçàöèÿ
ïàðû ïðîöåññîðîâ îáåñïå÷èâàåòñÿ åäèíñòâîì òàéìå-
ðîâ ñëóæáû âðåìåíè, â QPR-àðõèòåêòóðå [8] � ïå-
ðåêðåñòíûìè ñâÿçÿìè ñ ïåðèôåðèéíûì îáîðóäîâà-
íèåì, â êîíòðîëëåðå SC300E ôèðìû ABB è ìèêðî-
êîíòðîëëåðå äëÿ êîñìè÷åñêèõ ïðèìåíåíèé [15] � àï-
ïàðàòíûì ìàæîðèòèðîâàíèåì âõîäíîé è âûõîäíîé
èíôîðìàöèè.
Ìíîãîêàíàëüíûå ìíîãîÿðóñíûå ñòðóêòóðû ñ àïïà-
ðàòíûì ìàæîðèòèðîâàíèåì ñèãíàëîâ êàæäîãî
ôóíêöèîíàëüíîãî óçëà ÁÊ (ML-HIFT)
 îòëè÷èå îò îäíîÿðóñíûõ ÁÊ, ãäå ìàæîðèòèðîâà-
íèå èíôîðìàöèè îñóùåñòâëÿëîñü (ïðîãðàììíî è àï-
ïàðàòíî) òîëüêî íà âõîäíûõ è âûõîäíûõ ñèãíàëàõ, â
ìíîãîÿðóñíîé ñòðóêòóðå ÁÊ àïïàðàòíîìó ìåæêàíàëü-
íîìó ìàæîðèòèðîâàíèþ ïîäâåðãàþòñÿ âñå îñíîâíûå
ìàãèñòðàëüíûå ñèãíàëû ïðîöåññîðà, ïàìÿòè, áëîêà
ñîïðÿæåíèÿ ñ óñòðîéñòâàìè ââîäà-âûâîäà (ÓÂÂ) è
ò. ï., ÷åì äîñòèãàåòñÿ ïàðèðîâàíèå ñáîåâ è îòêàçîâ â
êàæäîì èç îñíîâíûõ ôóíêöèîíàëüíûõ óçëîâ ÁÊ. Òè-
ïîâàÿ ñòðóêòóðà ML-HIFT ÁÊ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 4.
 äàííîé ñòðóêòóðå íà êàæäûé ôóíêöèîíàëüíûé
áëîê ïîñòóïàåò èíôîðìàöèÿ, âûáðàííàÿ ïî ïðèíöèïó
"äâà âûõîäà èç òðåõ". Ýòèì äîñòèãàåòñÿ ñíèæåíèå âëè-
ÿíèÿ âîçíèêøåãî ëîêàëüíîãî ñáîÿ èëè îòêàçà íà ðà-
áîòó îñòàëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ.
Äëÿ ðàíåå ðàññìàòðèâàåìûõ ñòðóêòóð ïðè îäèíà-
êîâîì êîëè÷åñòâå êàíàëîâ àíàëîãè÷íîå ðàñïðåäåëå-
íèå âîçíèêøèõ ñáîåâ èëè îòêàçîâ îáîðóäîâàíèÿ â
ñîîòâåòñòâóþùèõ áëîêàõ è êàíàëàõ ÁÊ ïðèâåäåò:
� ê íåîáõîäèìîñòè ïðèîñòàíîâêè ïðîöåññà óï-
ðàâëåíèÿ, ðåêîíôèãóðàöèè íà ðàáî÷èé êàíàë è áûñò-
ðîìó èñòîùåíèþ çàïàñîâ ðåçåðâíîãî îáîðóäîâàíèÿ
[22] (ñáîè);
� ê ïîëíîé ïîòåðå ðàáîòîñïîñîáíîñòè ÁÊ (îòêàçû).
×òî æå êàñàåòñÿ ðàññìàòðèâàåìîé ñòðóêòóðû, òî
äàæå ãðóáàÿ îöåíêà ïîêàçûâàåò, ÷òî ML-HIFT ÁÊ áåç
àäàïòàöèè ñòðóêòóðû ñîõðàíèò ñâîå ôóíêöèîíèðîâà-
íèå è áåç ïðèîñòàíîâîê ïðîöåññà óïðàâëåíèÿ çàêîí-
÷èò çàäà÷ó óïðàâëåíèÿ, íàõîäÿùóþñÿ íà àêòèâíîé ôàçå
âûïîëíåíèÿ, ïðè îäíîì ñáîå èëè îòêàçå â ÿðóñå êàæ-
äîãî èç êàíàëîâ.
Ïðèìåíåíèå ìíîãîÿðóñíîãî ìàãèñòðàëüíîãî ìà-
æîðèòèðîâàíèÿ ïîçâîëÿåò àïïàðàòíî ôèêñèðîâàòü,
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 2
7
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
ëîêàëèçîâàòü è ïàðèðîâàòü âîçíèêàþùèå ñáîè íå äà-
ëåå êàê ê ñëåäóþùåìó öèêëó ïðîöåññîðíîé øèíû, à
ê êîíöó òàêòà çàäà÷è èìåòü ÷åòêóþ êàðòó ðàáîòîñïî-
ñîáíîãî ñîñòîÿíèÿ êàê ÁÊ, òàê è êîìïëåêñà àïïàðà-
òóðû ÑÓ [14]. Òàêàÿ âûñîêàÿ ñêîðîñòü îáíàðóæåíèÿ
è ïàðèðîâàíèÿ îòêàçîâ (ñ ó÷åòîì îïàñåíèé, êàñàþ-
ùèõñÿ ïðèìåíåíèÿ â ñèñòåìàõ óïðàâëåíèÿ öèôðîâîé
îáðàáîòêè è ïðèìåíåíèÿ ýëåìåíòîâ äàëüíåãî çàðó-
áåæüÿ [34]) ïîçâîëÿåò ðåêîìåíäîâàòü äàííóþ ñòðóê-
òóðó ÁÊ äëÿ ïðèìåíåíèÿ â íåîáñëóæèâàåìûõ ÑÓ ñ
çàäà÷àìè, òðåáóþùèìè î÷åíü æåñòêîãî ðåãëàìåíòà
âðåìåíè ñ òàêòîì äî åäèíèö ìèëëèñåêóíä. Ïîòðåáè-
òåëÿìè òàêèõ ÁÊ ìîãóò áûòü òàêæå ÑÓ æåñòêîãî ðåã-
ëàìåíòà âðåìåíè ñ âûñîêîé äëèòåëüíîñòüþ àêòèâíîé
ôàçû çàäà÷è óïðàâëåíèÿ, ãäå íå äîïóñòèìà íè ïðèîñ-
òàíîâêà ïðîöåññà óïðàâëåíèÿ, íè ïîòåðÿ èíôîðìàöèè
çà ïðåäûäóùèé ïåðèîä (ðàêåòîíîñèòåëè âûñîêîòî÷-
íîãî âûâåäåíèÿ ÊÀ è êîñìè÷åñêèå òðàíñïîðòíûå ÷åë-
íîêè ñ ôóíêöèåé àâòîìàòè÷åñêîé ñòûêîâêè òèïà
Hermes [9]).
Ïîêàçàòåëè ïî ìàññå, ãàáàðèòàì, ñòîèìîñòè äëÿ
ñòðóêòóðû ML-HIFT ñðàâíèìû ïî çíà÷åíèþ ñ ïîêà-
çàòåëÿìè äëÿ ÁÊ ñ ÀÌÊÂÈ è I/O-HIFT àíàëîãè÷íîé
êàíàëüíîñòè. Ïîêàçàòåëè íàäåæíîñòè òàêîãî ÁÊ ìîæíî
ïîâûøàòü (è ñîçäàâàòü åå òðåáóåìûé çàïàñ) ëèáî óâå-
ëè÷èâàÿ ÷èñëî ÿðóñîâ ìàæîðèòèðîâàíèÿ îáîðóäîâà-
íèÿ, ëèáî ïðèìåíÿÿ ìåòîäû àäàïòèâíîãî ìàæîðèòè-
ðîâàíèÿ [12, 13], ÷òî íå ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ êà-
íàëîâ ÁÊ è ðîñòó ñîïóòñòâóþùèõ íàêëàäíûõ ðàñõî-
äîâ, îòìå÷åííûõ â [14]. Ïîêàçàòåëü ïðèêëàäíîé âû-
÷èñëèòåëüíîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ê ïîòðåáëåíèþ äëÿ
äàííîé ñòðóêòóðû ÁÊ ëó÷øå, ïî ñðàâíåíèþ ñ ÀÌÊ-
ÂÈ-ñòðóêòóðàìè [14]. Î÷åíü âàæíî çàìåòèòü, ÷òî â
ÁÊ ñ òàêîé ñòðóêòóðîé ïðèìåíèìî ïðîãðàììíîå îáåñ-
ïå÷åíèå îäíîêàíàëüíîé ñòðóêòóðû, à òàêæå âîçìîæ-
íî ïðèìåíåíèå COTS-îïåðàöèîííûõ ñèñòåì � ïðè
óñëîâèè ñîõðàíåíèÿ êîìïüþòåðíîé àðõèòåêòóðû îáî-
ðóäîâàíèÿ [12, 35], ò. ê. îáåñïå÷åíèå íàäåæíîñòè ïðî-
èñõîäèò íà àïïàðàòíîì óðîâíå.
Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç âàðèàíòîâ ñòðóêòóð ÁÊ
Öåëåñîîáðàçíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ â ïðîåêòå ÁÊ ÑÓ
ñòðóêòóðû èç êàêîé-ëèáî ãðóïïû îïðåäåëÿåòñÿ ó÷å-
òîì èíòåãðàëüíûõ ïîêàçàòåëåé � ðàäèàöèîííîé ñòîé-
êîñòè, îòêàçîóñòîé÷èâîñòè, ñòîèìîñòè, ìàññû, ãàáà-
ðèòîâ, ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ è ïðî÷èõ õàðàêòåðèñòèê.
Äëÿ äåòàëüíîé îöåíêè öåëåñîîáðàçíîñòè ïðèìåíåíèÿ
êàæäîé èç âûøåèçëîæåííûõ ñòðóêòóð ðàññìàòðèâà-
ëèñü ÁÊ, ïîñòðîåííûå íà îäíîòèïíûõ ýëåìåíòàõ. Äëÿ
êàæäîé èç ñòðóêòóð ðàññ÷èòàíû êëþ÷åâûå ïàðàìåò-
ðû. Ïðè ýòîì ïðèíèìàëîñü âî âíèìàíèå çàìå÷àíèå
[14] î òîì, ÷òî ñòðóêòóðû ÁÊ ñ ïðåèìóùåñòâåííî ïðî-
ãðàììíûì îáåñïå÷åíèåì îòêàçîóñòîé÷èâîñòè (ïî
ñðàâíåíèþ ñ îäíîêàíàëüíûìè ñòðóêòóðàìè è ñòðóê-
òóðàìè ñ ïðåèìóùåñòâåííî àïïàðàòíûì îáåñïå÷åíè-
åì îòêàçîóñòîé÷èâîñòè) òðåáóþò ïîâûøåíèÿ âû÷èñ-
ëèòåëüíîé ìîùíîñòè ïðîöåññîðà ïðîïîðöèîíàëüíî
âðåìåíè â òàêòå, âûäåëåííîìó äëÿ ñëóæåáíîãî
ïîëüçîâàíèÿ è äîñòàòî÷íîìó äëÿ îáåñïå÷åíèÿ çàäà÷è
èñòèííîñòè ðàáîòû.
Ïîëó÷åííûå äàííûå ïðèâåäåíû â òàáë. 2.  êà÷å-
ñòâå êàíàëüíîé îñíîâû âçÿò áàçîâûé íàáîð ÁÈÑ äëÿ
îäíîêàíàëüíîãî ÁÊ ñ ÀÊÂÈ. Äëÿ ðåàëèçàöèè ñïåöè-
ôè÷åñêèõ áëîêîâ ïðåäëîæåíû ÁÈÑ ïðîãðàììèðóå-
ìîé ëîãèêè ñ åìêîñòüþ êðèñòàëëà â 8000�25000 ýê-
âèâàëåíòíûõ âåíòèëåé. Âû÷èñëåíèÿ ïðîâåäåíû óêðóï-
íåííî.  êà÷åñòâå åäèíèöû èçìåðåíèÿ áûëà ïðèíÿòà
îäíà ÁÈÑ ïðè ìèíèìàëüíîì êîëè÷åñòâå íåîáõîäèìûõ
äëÿ ðåàëèçàöèè ñòðóêòóðû ÁÊ áëîêîâ. Ïðîãíîç çàò-
ðàò âðåìåíè ñîñòàâëåí ïî ðåçóëüòàòàì àíàëèçà âðå-
ìåíè îáíàðóæåíèÿ ñêðûòîãî ñáîÿ èëè îòêàçà â àïïà-
Ïðîöåññîð
À
Ïðîöåññîð
Â
Ïðîöåññîð
Ñ
ÎÇÓ
À
ÎÇÓ
Â
ÎÇÓ
Ñ
ÏÇÓ
À
ÏÇÓ
Â
ÏÇÓ
Ñ
Áëîê
ââîäà/âûâîäà
À
Áëîê
ââîäà/âûâîäà
Â
Áëîê
ââîäà/âûâîäà
Ñ
Ä
àò
÷
è
ê
è
è
è
ñï
î
ë
í
è
òå
ë
ü
í
û
å
ì
åõ
àí
è
çì
û
Ê
àí
àë
À
Ê
àí
àë
Â
Ê
àí
àë
Ñ
Á
ë
î
ê
ì
åæ
ê
àí
àë
ü
í
î
ãî
ì
àæ
î
ð
è
òè
ð
î
â
àí
è
ÿ
Á
ë
î
ê
ì
åæ
ê
àí
àë
ü
í
î
ãî
ì
àæ
î
ð
è
òè
ð
î
â
àí
è
ÿ
Á
ë
î
ê
ì
åæ
ê
àí
àë
ü
í
î
ãî
ì
àæ
î
ð
è
òè
ð
î
â
àí
è
ÿ
Ðèñ. 4. Ñòðóêòóðà ML-HIFT ÁÊ
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 2
8
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
ðàòóðå ÁÊ [28] äëÿ ñëó÷àÿ èñòèííîñòè ðàáîòû îáîðó-
äîâàíèÿ àïïàðàòà êîíòðîëÿ è âîññòàíîâëåíèÿ èíôîð-
ìàöèè. Ïîêàçàòåëü ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ïðèêëàäíîé
çàäà÷è ó÷èòûâàåò âðåìÿ, îòâîäèìîå òîëüêî äëÿ âû-
ïîëíåíèÿ ñèñòåìíîé çàäà÷è óïðàâëåíèÿ.
Àíàëèç ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ ïîêàçûâàåò ÿâ-
íóþ, íà ïåðâûé âçãëÿä, íåâûãîäíîñòü ìíîãîêàíàëü-
íûõ ñòðóêòóð ÁÊ c ÷åòûðüìÿ è áîëåå êàíàëàìè, îñî-
áåííî ïî ñòîèìîñòè, ìîùíîñòè ïîòðåáëåíèÿ, ìàññå
è ãàáàðèòàì.
Âèäèìîå ïðåèìóùåñòâî îäíîïðîöåññîðíûõ ÁÊ
äóáëèðîâàííîé ñòðóêòóðû (îñîáåííî ñ õîëîäíûì ðå-
çåðâîì) ïî ïîêàçàòåëÿì ìîùíîñòè ïîòðåáëåíèÿ, ìàñ-
ñû, ãàáàðèòîâ è ñòîèìîñòè, ñî÷åòàåòñÿ ñ î÷åâèäíûì
îòñòàâàíèåì ïî ïîêàçàòåëþ âðåìåíè âîññòàíîâëåíèÿ
ðàáîòîñïîñîáíîñòè, îñîáåííî ïðè îòêàçå, ÷òî íàêëà-
äûâàåò ñåðüåçíûå îãðàíè÷åíèÿ íà ïðèìåíåíèå ñòðóê-
òóð òàêîãî òèïà â ÑÓ ñ òðåáîâàíèåì ïîääåðæàíèÿ íå-
ïðåðûâíîñòè ïðîöåññà óïðàâëåíèÿ. Óñëîâèþ ìàê-
ñèìàëüíîé ñêîðîñòè ïàðèðîâàíèÿ ñáîåâ è îòêàçîâ è
ïîääåðæàíèÿ íåïðåðûâíîñòè ïðîöåññà óïðàâëåíèÿ
íàèáîëåå âñåãî óäîâëåòâîðÿþò ÁÊ ñ ïîëíîñòüþ àïïà-
ðàòíûì ñïîñîáîì ïîääåðæàíèÿ îòêàçîóñòîé÷èâîñòè,
îñîáåííî ML-HIFT-ñòðóêòóðû. Ïîñëåäíÿÿ òàêæå èìå-
åò ìàêñèìàëüíûé ïîêàçàòåëü ïî ïðîèçâîäèòåëüíîñòè
äëÿ ïðèêëàäíîé çàäà÷è ÑÓ.
Äëÿ áîëüøåãî óäîáñòâà àíàëèçà ââåäåì ñëåäóþ-
ùèå ïîêàçàòåëè ÷åðåç óñðåäíåíèå íàêëàäíûõ ðàñõî-
äîâ äëÿ ÁÊ:
� îòíîøåíèå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ÁÊ ê ìîùíîñ-
òè ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ òèïîâîé ñòðóêòóðû êàê ïîêàçà-
òåëü ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ïîòðåáëÿåìîé
ìîùíîñòè;
� ïðèâåäåííûå ê îäíîìó êàíàëó îñíîâíûå ïîêà-
çàòåëè ãàáàðèòîâ, ìàññû, ñòîèìîñòè è ò. ï.
Ïîëó÷åííûå õàðàêòåðèñòèêè ñòðóêòóð ÁÊ ïî ýòèì
ïîêàçàòåëÿì ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 3.
Ñòðóêòóðà òèïîâîé
êàíàëüíîñòè
Êîëè÷åñòâî
êàíàëîâ/ïðîöåñ-
ñîðîâ
Ïðèâåäåííûå íà
îäèí ÁÊ
ìàcñà/ãàáàðè-
òû/ñòîèìîñòü
Ñïîñîá îáåñïå-
÷åíèÿ îòêàçî-
óñòîé÷èâîñòè
Ìèíè-
ìàëüíîå
êîëè÷åñòâî
òàêòîâ
âðåìåíè
æèçíè
ñêðûòîãî
ñáîÿ
Ïðîãíîçè-
ðîâàííîå
êîëè÷åñòâî
çàòðà÷åííûõ
òàêòîâ íà
âîññòàíîâ-
ëåíèå ïîñëå
îäíîãî
îòêàçà
Ïðèâåäåí-
íàÿ ïðîèç-
âîäèòåëü-
íîñòü
ïðèêëàä-
íîé çàäà÷è
Ìîùíîñòü
ïîòðåáëåíèÿ
òèïîâîé
ñòðóêòóðû ÁÊ
1-êàíàëüíûé ÀÊÂÈ 1/1 1,0/1,0/1,0
Àïïàðàòíî-
ïðîãðàììíûé
1—4 — 0,9 1
2-êàíàëüíûé ÀÊÂÈ 2/2 2,7 /2,6 /2,8
Àïïàðàòíî-
ïðîãðàììíûé
1—4 >100
(>8000*)
0,9 2,3 (1,3*)
3-êàíàëüíûé 1-ïðîöåñ-
ñîðíûé ÀÌÊÂÈ
3/3 3,0 /3,0 /3,0 Ïðîãðàììíûé 1—3 9—24 0,5 3
4-êàíàëüíûé 2-ïðîöåñ-
ñîðíûé ÀÌÊÂÈ
4/8 10,8/11,2/11 Ïðîãðàììíûé 1—2 4—24 0,8 10
2-êàíàëüíûé Delta-4 2/4 3,6 /3,5 /3,7
Àïïàðàòíî-
ïðîãðàììíûé
0—2 2—8 0,7 5
2-êàíàëüíûé QPR-ÁÊ 2/4 4,2 /4,1 /4,3
Àïïàðàòíî-
ïðîãðàììíûé
1—2 2—8 0,7 5
3-êàíàëüíûé
SIFT-CPU-HIFT-I/O
3/6 6,8 /7,0 /7,5
Ïðîãðàììíî-
àïïàðàòíûé
1—3 2—6 0,85 7
3-êàíàëüíûé
ML-HIFT
3/3 3,4 /3,3 /3,5 Àïïàðàòíûé 0—1 0—3 1,0 3,3
* Ïîêàçàòåëü äëÿ õîëîäíîãî ðåçåðâà.
Òàáëèöà 2
Ñðàâíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ÁÊ ðàçëè÷íûõ ñòðóêòóð íà îäíîòèïíûõ ÁÈÑ
Ñòðóêòóðà òèïîâîé êàíàëüíîñòè
Ýôôåêòèâíîñòü èñïîëü-
çîâàíèÿ ïîòðåáëÿåìîé
ìîùíîñòè òèïîâîé
ñòðóêòóðû ÁÊ
Ýôôåêòèâíîñòü èñïîëü-
çîâàíèÿ ïîòðåáëÿåìîé
ìîùíîñòè ÁÊ, ïðè-
âåäåííàÿ íà îäèí êàíàë
Ïðèâåäåííûå
íà êàíàë ìàñ-
ñà/ãàáàðèòû
Ïðèâåäåííàÿ
íà êàíàë ïî-
òðåáëÿåìàÿ
ìîùíîñòü
Ïðèâåäåí-
íàÿ ñòîè-
ìîñòü îäíî-
ãî êàíàëà
2-êàíàëüíûé ÀÊÂÈ 0,39 (0,69*) 1,95 (3,45*) 1,4/1,3 1,15 (0,65*) 1,4
3-êàíàëüíûé 1-ïðîöåññîðíûé
ÀÌÊÂÈ
0,13 0,43 1,0/1,0 1,33 1,0
4-êàíàëüíûé 2-ïðîöåññîðíûé
ÀÌÊÂÈ 0,08 0,2 2,7/2,8 2,5 2,7
2-êàíàëüíûé Delta-4 0,14 0,7 1,8/1,7 2,5 1,8
2-êàíàëüíûé QPR-ÁÊ 0,14 0,7 2,1/2,0 2,5 2,2
3-êàíàëüíûé SIFT-ÑPU- HIFT-I/O 0,12 0,4 2,2/2,3 2,33 2,5
3-êàíàëüíûé ML-HIFT 0,3 1 1,1/1,1 1,1 1,2
* Ïîêàçàòåëü äëÿ õîëîäíîãî ðåçåðâà.
Òàáëèöà 3
Ñðàâíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ïðèâåäåííûõ ïîêàçàòåëåé ÁÊ
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 2
9
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
Ñòðóêòóðà òèïîâîé
êàíàëüíîñòè
Äîïóñòèìûå îòêàçû
â àïïàðàòóðå êàíàëîâ ÁÊ
Ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûå îòêàçû â àïïàðàòóðå
îáåñïå÷åíèÿ îòêàçîóñòîé÷èâîñòè
2-êàíàëüíûé ÀÊÂÈ 1 îòêàç: ïðîöåññîðà, èëè ïàìÿòè, èëè êà-
íàëà ââîäà-âûâîäà îñíîâíîãî ïðîöåññîðà
Íå äîïóñòèì íèêàêîé îòêàç
3-êàíàëüíûé 1-ïðîöåñ-
ñîðíûé ÀÌÊÂÈ
2 îòêàçà: ïðîöåññîð â îäíîì êàíàëå è
êàêîé-ëèáî èç áëîêîâ â äðóãîì
Îòêàç â ìåæêàíàëüíîé ñâÿçè ñ îäíèì èç êàíàëîâ
4-êàíàëüíûé 2-ïðîöåñ-
ñîðíûé ÀÌÊÂÈ
4 îòêàçà: îòêàç ëþáîãî áëîêà íà ïðèê-
ëàäíîì óðîâíå â 3 êàíàëàõ è îòêàç ëþáîãî
áëîêà íà æèçíåííîì óðîâíå â îäíîì êàíàëå
Îòêàçû â ìåæêàíàëüíîé ñâÿçè ñ äâóìÿ êàíàëàìè
èëè ëþáîãî áëîêà æèçíåííîãî óðîâíÿ â äâóõ èç
÷åòûðåõ êàíàëîâ
2-êàíàëüíûé Delta-4
2 îòêàçà: îòêàç ëþáîãî áëîêà ïî îäíîìó íà
êàæäûé êàíàë èç ïàðû ïîäêàíàëîâ
Îòêàç îáùåãî îáîðóäîâàíèÿ ïàðû ïîäêàíàëîâ
èëè îòêàç â ìåæêàíàëüíîé ñâÿçè
2-êàíàëüíûé QPR-ÁÊ
2 îòêàçà: ïðîöåññîð â îäíîì êàíàëå è
êàêîé-ëèáî èç áëîêîâ â äðóãîì
Îòêàç â ïåðåêðåñòíûõ ñâÿçÿõ
3-êàíàëüíûé SIFT-
CPU-HIFT-I/O
2 îòêàçà: îäèí â îáîðóäîâàíèè ïðîöåññîðîâ
èëè â ïàìÿòè îäíîãî èç êàíàëîâ, âòîðîé —
â îáîðóäîâàíèè ââîäà-âûâîäà
Îòêàç â ìåæêàíàëüíîé ñâÿçè ñ îäíèì èç êàíàëîâ
èëè ëþáîãî áëîêà æèçíåííîãî óðîâíÿ, îäèí îòêàç
íà êàíàë â ìàæîðèòàðíîì ýëåìåíòå êàíàëà
3-êàíàëüíûé ML-HIFT
(áåç ðåêîíôèãóðàöèè)
N îòêàçîâ: ïî îäíîìó èç îòêàçîâ íà êàíàë â
êàæäîì èç N ÿðóñîâ ìàæîðèòèðîâàíèÿ
Ïî îäíîìó îòêàçó íà êàíàë â êàæäîì èç N
ìàæîðèòàðîâ êàæäîãî êàíàëà
3-êàíàëüíûé ML-HIFT
(ñ ðåêîíôèãóðàöèèåé)
2N îòêàçîâ: ïî äâà îòêàçà â êàæäîì èç N
ÿðóñîâ â òðåõ êàíàëàõ
Ïî îäíîìó îòêàçó íà êàíàë â êàæäîì èç N
ìàæîðèòàðîâ êàæäîãî êàíàëà
Òàáëèöà 4
Õàðàêòåðèñòèêè ÁÊ ïî äîïóñòèìûì îòêàçàì
Ëó÷øèé ïîêàçàòåëü ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ
ïîòðåáëÿåìîé ìîùíîñòè íàáëþäàåòñÿ â äâóõêàíàëü-
íîé ÀÊÂÈ-ñòðóêòóðå, îñîáåííî ñ õîëîäíûì ðåçåðâè-
ðîâàíèåì, ÷òî îòìå÷àåòñÿ êàê â õàðàêòåðèñòèêå äëÿ
êàíàëà, òàê è äëÿ âñåé ñòðóêòóðû. ÁÊ ñ òàêîãî òèïà
ñòðóêòóðîé ïðèìåíèìû â ÑÓ, ãäå òðåáîâàíèå ìèíè-
ìàëüíîñòè ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç îñ-
íîâíûõ, ïðè ýòîì íå ïðåäúÿâëÿåòñÿ æåñòêèõ òðåáîâà-
íèé ê ðåãëàìåíòó îáåñïå÷åíèÿ óïðàâëåíèÿ â ðåàëü-
íîì âðåìåíè. Ïðè íåîáõîäèìîñòè ñîçäàíèÿ çàïàñà èç-
áûòî÷íîñòè â íåîáñëóæèâàåìûõ ÑÓ, òàêèõ êàê ÊÀ,
ìíîãîêàíàëüíàÿ ñòðóêòóðà ÀÊÂÈ ñ õîëîäíûì ðåçåð-
âèðîâàíèåì ìîæåò áûòü ïðèíÿòà ê ðàññìîòðåíèþ ïåð-
ñïåêòèâû èñïîëüçîâàíèÿ.
Äîñòàòî÷íî âûñîêèé ïîêàçàòåëü ýôôåêòèâíîñòè
èìååò òàêæå ML-HIFT-ñòðóêòóðà, à ïîâûøåíèå òðå-
áîâàíèÿ ê æåñòêîñòè ðåãëàìåíòà ðåàëüíîãî âðåìåíè
è íåîáõîäèìîñòè ïàðèðîâàíèÿ ñáîÿ èëè îòêàçà «íà
ëåòó» äåëàåò ML-HIFT-ñòðóêòóðó ëèäåðîì ñðåäè
ñòðóêòóð ÁÊ ñ ãîðÿ÷èì ðåçåðâèðîâàíèåì äëÿ íåîáñ-
ëóæèâàåìûõ ÑÓ ñ çàäà÷àìè íàâèãàöèîííîãî òèïà.
Íèçêèå ïîêàçàòåëè ýôôåêòèâíîñòè 3-êàíàëüíûõ è
áîëåå ÁÊ ñêðûâàþò çàïàñ ðåçåðâèðîâàíèÿ, êîòîðûé ñî-
çäàåò âîçìîæíîñòü áîëåå äëèòåëüíîãî èñòîùåíèÿ èç-
áûòî÷íîñòè [22], ÷òî æåëàòåëüíî ïðè èñïîëüçîâàíèè
COTS- è IOTS-êîìïîíåíòîâ. Êðîìå ýòîãî, â îáñëó-
æèâàåìûõ ÑÓ òàêîé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ïðîèçâîäèòü
çàìåíó êàíàëà ÁÊ ñ íàëè÷èåì îòêàçîâ íà èñïðàâíûé â
áîëåå ìÿãêîì ðåæèìå [9, 30] áåç ïðèîñòàíîâêè ïðî-
öåññà óïðàâëåíèÿ è ñ ìåíüøåé âåðîÿòíîñòüþ âîçíèê-
íîâåíèÿ ïðîãðàììíî-àïïàðàòíîãî ñáîÿ â ÑÓ.
Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ðàññìîòðåííûå ñòðóêòóðû
ïðè èñïîëüçîâàíèè îäíîòèïíûõ êîìïîíåíòîâ èìåþò
ðàçëè÷íûé ðàñ÷åòíûé ïîêàçàòåëü íàäåæíîñòè, êîòî-
ðûé ìîæåò ëèáî îãðàíè÷èòü âîçìîæíîñòü ïðèìåíå-
íèÿ ýòîé ñòðóêòóðû ÁÊ, ëèáî âïîñëåäñòâèè ïîòðåáî-
âàòü âíåñòè èçìåíåíèÿ â ïðîåêò ÁÊ, ÷òî íåèçáåæíî
óâåëè÷èò íàêëàäíûå ðàñõîäû êàê â òåõíè÷åñêîé, òàê
è â ôèíàíñîâîé ÷àñòè ïîñëåäóþùåãî îáðàçöà ÁÊ.
Íåîáõîäèìî äîïîëíèòåëüíî îòìåòèòü, ÷òî îáùèé
ïîêàçàòåëü íàäåæíîñòè ñòðóêòóðû ÁÊ ñèëüíî çàâè-
ñèò îò ìåñòîïîëîæåíèÿ äåôåêòà. Òàê, ñáîé èëè îòêàç
â àïïàðàòóðå ÁÊÓÐ äâóõêàíàëüíîé ñòðóêòóðû ìîæåò
ñíà÷àëà âûêëþ÷èòü îñíîâíîé, à çàòåì è ðåçåðâíûé
êàíàëû � äàæå áåç îáúåêòèâíîé èíôîðìàöèè îá îò-
êàçàõ èëè ñáîÿõ â êàêîì-ëèáî êàíàëå. Äëÿ 3-êàíàëü-
íûõ è áîëåå ñòðóêòóð ñ ìåæêàíàëüíûìè ñâÿçÿìè ñáîé
èëè îòêàç â àïïàðàòóðå ìåæêàíàëüíîãî îáìåíà îäíî-
ãî èç êàíàëîâ ïàðèðóåòñÿ çà ñ÷åò ñîïîñòàâëåíèÿ äàí-
íûõ ðàçíûõ êàíàëîâ. Êàê ñëåäóåò èç àíàëèçà äàííûõ,
ïðèâåäåííûõ â òàáë. 4, íàèáîëüøåå êîëè÷åñòâî äî-
ïóñòèìûõ ïîëíûõ îòêàçîâ áëîêîâ â ëþáîé ÷àñòè îáî-
ðóäîâàíèÿ ïîçâîëÿåò ïàðèðîâàòü ñòðóêòóðà ML-HIFT,
ðåàëèçóþùàÿ âîçìîæíîñòü íàêîïëåíèÿ îòêàçîâ è
àäàïòàöèè ïóòåì ïåðåñòðîéêè ÿðóñîâ â îäíîêàíàëü-
íóþ êîíôèãóðàöèþ.
Âûâîäû
IOTS-ïîäõîä, îñíîâàííûé íà èñïîëüçîâàíèè
ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ Industry ïðè ðåàëèçàöèè
êîìïüþòåðíûõ ñèñòåì äëÿ êðèòè÷åñêèõ è áèçíåñ-êðè-
òè÷åñêèõ ïðèëîæåíèé, ÿâëÿåòñÿ ÷àñòüþ áîëåå îáùåãî
COTS-ïîäõîäà. Àíàëèç õàðàêòåðèñòèê, äîñòèãàåìûõ
òåõíè÷åñêè ïî íàäåæíîñòè (îòêàçîóñòîé÷èâîñòè), ïî-
êàçûâàåò âîçìîæíîñòü è ýêîíîìè÷åñêóþ öåëåñîîá-
ðàçíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ IOTS-êîìïîíåíòîâ â áîð-
òîâûõ êîìïüþòåðàõ, ôóíêöèîíèðóþùèõ â òÿæåëûõ
óñëîâèÿõ àãðåññèâíîé âíåøíåé ñðåäû è ïîâûøåí-
íîé ðàäèàöèè.
 ðàìêàõ IOTS-ïîäõîäà ïðèìåíåíèå ýëåìåíòîâ ñ
íåãàðàíòèðîâàííûì óðîâíåì ðàäèàöèîííîé ñòîéêîñ-
òè îáÿçûâàåò ââîäèòü íàäåæíîñòíóþ êîìïåíñàöèþ çà
ñ÷åò ãëóáîêî ðåçåðâèðîâàííûõ ñòðóêòóð. Ïðèìåíå-
íèå HIFT-ñòðóêòóð áîðòîâûõ êîìïëåêñîâ ïîçâîëÿåò
ñî÷åòàòü ùàäÿùèé ðåæèì ðàáîòû ýëåìåíòîâ [14] è
îáåñïå÷èâàòü âûñîêèé ïîêàçàòåëü íàäåæíîñòè ìíî-
ãîÿðóñíîé ìàæîðèòàðíîé ñòðóêòóðû ñ àäàïòàöèåé, ÷òî
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 2
10
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
êîìïåíñèðóåò ïîòåðè áåçîòêàçíîñòè àïïàðàòíîé ïîä-
äåðæêîé ôóíêöèé ÀÌÊÂÈ.
Àíàëèç ïîêàçàòåëåé ìíîæåñòâà ðàññìîòðåííûõ îò-
êàçîóñòîé÷èâûõ ñòðóêòóð ÁÊ ïîçâîëÿåò íàéòè îïòè-
ìàëüíûé âàðèàíò íà ýòîì ìíîæåñòâå ñ ó÷åòîì æåëàå-
ìîãî çàïàñà ïî ðàçëè÷íûì ïîêàçàòåëÿì íàäåæíîñòè
è ñòîéêîñòè è ìèíèìóìà ñòîèìîñòè ïðè èñïîëüçîâà-
íèè ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ Industry.
Ïðîåêòû îòêàçîóñòîé÷èâûõ ÁÊ êîñìè÷åñêîãî íà-
çíà÷åíèÿ ÿâëÿþòñÿ õîðîøåé èëëþñòðàöèåé âçàèìíîé
«ìèãðàöèè» è èíòåãðàöèè àïïàðàòíûõ, ïðîãðàììíûõ
ñðåäñòâ è òåõíîëîãèé, ðàçðàáàòûâàåìûõ äëÿ êîììåð-
÷åñêèõ è êðèòè÷åñêèõ ïðèëîæåíèé â ðàìêàõ ïîäõîäîâ
IOTS (COTS) è CrOTS (Critical-Off-The-Shelf) [36].
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Ñòàññèíîïóëîñ Ý. Ã., Ðåéìîíä Äæ. Ï. Ðàäèàöèîííûå óñëî-
âèÿ ðàáîòû ýëåêòðîíèêè â êîñìè÷åñêîì ïðîñòðàíñòâå // ÒÈÈÝÐ.�
1988.� Ò. 76, ¹ 11.� Ñ. 23�43.
2. Ñðàóð Äæ. Ð., Ìàêãýððèòè Äæ. Ì. Âîçäåéñòâèå èçëó÷åíèÿ íà
ìèêðîýëåêòðîííûå óñòðîéñòâà â êîñìîñå // Òàì æå.� Ñ. 44�74.
3. Êåðíñ Ø. Ý., Øåéôåð Á. Ä. Ðàçðàáîòêà ðàäèàöèîííî ñòîé-
êèõ ÈÑ êîñìè÷åñêîãî íàçíà÷åíèÿ: oáçîð ïîäõîäîâ // Òàì æå.�
Ñ. 75�125.
4. Ðàñìóññåí Ð. Ä. Ðàçðàáîòêà ðàäèàöèîííî ñòîéêîãî îáîðó-
äîâàíèÿ êîñìè÷åñêèõ ëåòàòåëüíûõ àïïàðàòîâ // Òàì æå.�
Ñ. 146�159.
5. Ñàâàâðèÿ È., Ðóìèí Í. Ñ., Õåéåñ Äæ. Ô., Àãàðâàë Â. Ê.
Ôèëüòðàöèÿ ñëó÷àéíûõ ñáîåâ: ðåøåíèå ïðîáëåì îáåñïå÷åíèÿ íà-
äåæíîé ðàáîòû áóäóùèõ öèôðîâûõ ÑÁÈÑ // ÒÈÈÝÐ.� 1986.�
Ò. 74, ¹ 5.� Ñ. 58�75.
6. Óýéêåðëè Äæ. Ô. Ïîâûøåíèå íàäåæíîñòè ìèêðî-ÝÂÌ ïó-
òåì òðîéíîãî ðåçåðâèðîâàíèÿ ìîäóëåé // ÒÈÈÝÐ.� 1976.� Ò. 64,
¹ 6.� Ñ. 65�78.
7. David Ph., Guidal Cl. Development of fault tolerant computer
system for the hermes space shuttle // Fault-Tolerant Computing.
1993. FTCS-23. Digest of Papers. The Twenty-Third International
Symposium on, Aug. 1993.� P. 641�646.
8. Nakamikawa T., Morita Yu., Yamaguchi Sh. et al. High
performance fault tolerant computer and its fault recovery // Fault-
Tolerant Systems, 1997. Proceedings., Pacific Rim International
Symposium on, 1997.� P. 2�6.
9. Roques R., Correge A., Boleat C. Fault-tolerant computer for
the automated transfer vehicle // Fault-Tolerant Computing, 1998.
Digest of Papers. Twenty-Eighth Annual International Symposium
on, 1998.� P. 414�419.
10. Prager K., Vahey M., Farwell W. et al. A fault tolerant
signal processing computer // Dependable Systems and Networks,
2000. DSN 2000. Proceedings International Conference on,
2000.� P. 169�174.
11. Caldwell D. W., Rennels D. A. FTSM: a fault-tolerant
spaceborne microcontroller // Department of Computer Science,
4731 Boelter Hall University of California, Los Angeles, CA 90024,
http://www.chillarege.com/fastabstracts/ftcs98/382.html.
12. Áàéäà Í. Ê., Êðèâîíîñîâ À. È., Ëûñåíêî È. Â. è äð. Ýâî-
ëþöèÿ îòêàçîóñòîé÷èâûõ ÁÖÂÊ è íàïðàâëåíèÿ èõ ðàçâèòèÿ íà
îäíîêðèñòàëüíûõ ìèêðî-ÝÂÌ // Ñèñòåìè îáðîáêè ³íôîðìàö³¿
(Õàðê³â: ÍÀÍÓ, ÏÀÍÌ, ÕÂÓ).� 2001.� Âèï. 4.� Ñ. 217�225.
13. Êðèâîíîñîâ À. È., Áàéäà Í. Ê., Êóëàêîâ À. À. è äð. Ñòðóê-
òóðíî-àëãîðèòìè÷åñêàÿ îðãàíèçàöèÿ è ìîäåëè íàäåæíîñòè ìàæî-
ðèòàðíî-ðåçåðâèðîâàííûõ ñèñòåì // Êîñì³÷íà íàóêà ³ òåõíîëî-
ã³ÿ.� 1995.� ¹ 1.� Ñ. 69�77.
14. Õàð÷åíêî Â. Ñ., Þð÷åíêî Þ. Á., Áàéäà Í. Ê. Ðåàëèçàöèÿ
ïðîåêòîâ îòêàçîóñòîé÷èâûõ áîðòîâûõ êîìïüþòåðîâ êîñìè÷åñ-
êèõ àïïàðàòîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíò
INDUSTRY // Òåõíîëîãèÿ ïðèáîðîñòðîåíèÿ.� 2002.� ¹ 1.�
Ñ. 74�80.
15. Caldwell D. W., Rennels D. A. FTSM: a fault-tolerant
spaceborne microcontroller // Department of Computer Science.�
Los Angeles, CA.� http://www.chillarege.com/fastabstracts/ftcs98/
382.html.
16. LaBel K. A., Gates M. M., Moran A. K. et al. Commercial
microelectronics technologies for applications in the satellite
radiation environment / http://radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/
papers/aspen.htm.
17. Howard J., Webb E., LaBel K. et al. Synopsys V1.3 ðroton
dose and single event effects testing of the Intel Pentium III (P3) and
AMD K7 microprocessoes / http://radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/
papers/i062100.pdf.
18. Òÿï÷åíêî Þ., Áåçðîäíîâ Â. ÏÝÂÌ íà áîðòó ïèëîòèðóå-
ìîãî êîñìè÷åñêîãî àïïàðàòà // ÑÒÀ.� 1997.� ¹ 1.� Ñ. 34�37.
19. Ãîá÷àíñêèé Î. Ïðèìåíåíèå MicroPC â âû÷èñëèòåëüíûõ
êîìïëåêñàõ ñïåöèàëüíîãî íàçíà÷åíèÿ // ÑÒÀ.� 1997.� ¹ 1.�
Ñ. 38�41.
20. Ãîá÷àíñêèé Î. Ïðîáëåìû ñîçäàíèÿ áîðòîâûõ âû÷èñëè-
òåëüíûõ êîìïëåêñîâ ìàëûõ êîñìè÷åñêèõ àïïàðàòîâ // ÑÒÀ.�
2001.� ¹ 4.� Ñ. 28�35.
21. Ãîá÷àíñêèé Î., Ïîïîâ Â., Íèêîëàåâ Þ. Ïîâûøåíèå ðàäè-
àöèîííîé ñòîéêîñòè èíäóñòðèàëüíûõ ñðåäñòâ àâòîìàòèêè â ñî-
ñòàâå áîðòîâîé àïïàðàòóðû // ÑÒÀ.� 2001.� ¹ 4.� Ñ. 36�40.
22. Powell D., Arlat J., Beus-Dukic L. et al. GUARDS: a generic
upgradable architecture for real-time dependable systems // Parallel
and Distributed Systems, IEEE Transactions on.� 1999.� Vol. 10,
issue 6.� P. 580�599.
23. LaBel K. A., Johnston A. H., Barth J. L. et al. Emerging
radiation assurance (RHA) issues: a NASA approach for space flight
programs / http://radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/papers/RHA98.pdf.
24. O'Bryan M. V., LaBel K. A., Reed R. A. et al. Recent radiation
damage and single event effect results for microelectronics / http://
radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/papers/NSREC99.pdf.
25. O'Bryan M. V., LaBel K. A., Reed R. A. et al. Radiation
damage and single event effect results for candidate spacecraft
electronics / http://radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/papers/
nsrec00_W21.pdf.
26. O'Bryan M. V., LaBel K. A., Reed R. A. et al. Ibid / http://
radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/papers/nsrec01_W15.pdf.
27. Scott J. A., Preckshot G. G.,Gallagher J. M. Using
Commercial-Off-The-Shelf (COTS) software in high-consequence
safety systems // Lawrence Livermore National Laboratory,
UCRL-122246, 1995.
28. Kim H., Shin K. G. Evaluation of fault tolerance latency
from real-time application's perspectives // IEEE Transactions on
computers.� 2000.� Vol. 49, N 1.� P. 55�64.
29. Melliar-Smith P. M., Schwartz R. L. Formal specification and
mechanical verification of SIFT// A Fault-Tolerant Flight Control System.
IEEE Trans. Computers.� 1982.� Vol. 31, N 7.� P. 616�630.
30. Kieckhafer R. M., Walter C. J., Finn A. M., Thambidurai
P. M. The MAFT architecture for distributed fault tolerance //
IEEE Trans. Computers.� 1988.� Vol. 37, N 4.� P. 398�405.
31. Harper R. E., Lala J. H. Fault-tolerant parallel processor //
Guidance, Control and Dynamics.� 1990.� Vol. 14, N 3.�
P. 554�563.
32. Powell D. Distributed fault-tolerance�lessons from Delta-4 //
IEEE Micro.� 1994.� Vol. 14, N 1.� P. 36�47.
33. Àôîíèí Â. Â., Ëèñåéêèí Â. À., Ìèëþòèí Â. Â. è äð. Ñèíõ-
ðîíèçàöèÿ êàíàëîâ òðîèðîâàííûõ êàíàëîâ ÏËÊ æåñòêîãî ÐÂ // Ïðî-
ìûøëåííûå ÀÑÓ è êîíòðîëëåðû.� 2001.� ¹ 6.� Ñ. 58�60.
34. Áóðöåâ Â. Âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ çàðóáåæíîé ýëå-
ìåíòíîé áàçû â ñèñòåìàõ âîåííîãî ïðèìåíåíèÿ // Æèâàÿ ýëåêòðî-
íèêà Ðîññèè.� 2002.� C. 33�36.
35. http://www.cpm.ru/product/stratus
36. Õàð÷åíêî Â. Ñ., Õàð÷åíêî Ê. Â. COTS- è CrOTS-ïîäõîäû
ê ïîâûøåíèþ ýôôåêòèâíîñòè êðèòè÷åñêèõ è êîììåð÷åñêèõ ²Ò-
ïðîåêòîâ // Ñèñòåìè îáðîáêè ³íôîðìàö³¿ (Õàðê³â: ÍÀÍÓ, ÏÀÍÌ,
ÕÂÓ).� 2002.� Âèï. 2.� Ñ. 252�258.
|
| id | oai:tkea.com.ua:article-1278 |
| institution | Technology and design in electronic equipment |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-01T01:00:45Z |
| publishDate | 2003 |
| publisher | PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwtkeacomua/87/34610f51d02fe22159ed8dacff5b1b87.pdf |
| spelling | oai:tkea.com.ua:article-12782026-06-30T17:51:02Z Analysis of fault-tolerant onboard complex structures using Industry electronic components Анализ структур отказоустойчивых бортовых комплексов при использовании электронных компонентов Industry Kharchenko, V. S. Yurchenko, Yu. B. fault-tolerant onboard complexes Industry electronic components IOTS COTS HIFT radiation resistance отказоустойчивые бортовые комплексы электронные компоненты Industry IOTS COTS HIFT радиационная стойкость The possibility of applying Industry electronic components in onboard complex equipment operating under increased radiation levels is analyzed. Structures of onboard complexes of various control systems using IOTS and COTS technologies are studied. The advantages of applying multichannel, multi-tier HIFT structures for tasks with strict time requirements are demonstrated. A comparative analysis of different fault-tolerant structures according to key indicators is carried out, and recommendations for their selection are formulated. Анализируется возможность применения электронных компонентов Industry в аппаратуре бортовых комплексов, работающих при повышенном уровне радиации. Исследуются структуры бортовых комплексов различных систем управления при использовании IOTS- и COTS-технологий. Показаны преимущества применения многоканальных многоярусных HIFT-структур для задач жесткого регламента времени. Проведен сравнительный анализ различных отказоустойчивых структур по основным показателям и сформулированы рекомендации по их выбору. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2003-04-30 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2003.2.03 Technology and design in electronic equipment; No. 2 (2003): Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature; 3-10 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 2 (2003): Технология и конструирование в электронной аппаратуре; 3-10 3083-6549 3083-6530 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2003.2.03/1178 Copyright (c) 2003 Kharchenko V. S., Yurchenko Yu. B. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| spellingShingle | отказоустойчивые бортовые комплексы электронные компоненты Industry IOTS COTS HIFT радиационная стойкость Kharchenko, V. S. Yurchenko, Yu. B. Анализ структур отказоустойчивых бортовых комплексов при использовании электронных компонентов Industry |
| title | Анализ структур отказоустойчивых бортовых комплексов при использовании электронных компонентов Industry |
| title_alt | Analysis of fault-tolerant onboard complex structures using Industry electronic components |
| title_full | Анализ структур отказоустойчивых бортовых комплексов при использовании электронных компонентов Industry |
| title_fullStr | Анализ структур отказоустойчивых бортовых комплексов при использовании электронных компонентов Industry |
| title_full_unstemmed | Анализ структур отказоустойчивых бортовых комплексов при использовании электронных компонентов Industry |
| title_short | Анализ структур отказоустойчивых бортовых комплексов при использовании электронных компонентов Industry |
| title_sort | анализ структур отказоустойчивых бортовых комплексов при использовании электронных компонентов industry |
| topic | отказоустойчивые бортовые комплексы электронные компоненты Industry IOTS COTS HIFT радиационная стойкость |
| topic_facet | fault-tolerant onboard complexes Industry electronic components IOTS COTS HIFT radiation resistance отказоустойчивые бортовые комплексы электронные компоненты Industry IOTS COTS HIFT радиационная стойкость |
| url | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2003.2.03 |
| work_keys_str_mv | AT kharchenkovs analysisoffaulttolerantonboardcomplexstructuresusingindustryelectroniccomponents AT yurchenkoyub analysisoffaulttolerantonboardcomplexstructuresusingindustryelectroniccomponents AT kharchenkovs analizstrukturotkazoustojčivyhbortovyhkompleksovpriispolʹzovaniiélektronnyhkomponentovindustry AT yurchenkoyub analizstrukturotkazoustojčivyhbortovyhkompleksovpriispolʹzovaniiélektronnyhkomponentovindustry |