Содержание к диссертации
Введение
1 Параллельная децентрализованная организация репродуцирования программ мультиконтроллеров 14
1.1 Структурно-функциональная организация отказоустойчивых многопроцессорных систем 14
1.2 Организация параллельного репродуцирования программы отказоустойчивых мультиконтроллеров 29
1.3 Анализ способности к репродуцированию и основные задачи исследований 34
2 Разработка клеточных алгоритмов надежного репродуцирования 43
2.1 Принципы построения алгоритмов надежного репродуцирования программы мультиконтроллера 43
2.1.1 Принцип минимизации искажения логической структуры мультиконтроллера 44
2.1.2 Принцип достижимости 45
2.1.3 Принцип живучести 45
2.1.4 Принцип устранения конфликтов репродуцирования . 49
2.2 Математические модели надежного репродуцирования 50
2.2.1 Графовая модель самоорганизации мультимикроконтроллера 50
2.3 Построение клеточных алгоритмов репродуцирования . 70
2.3.1 Клеточные алгоритмы репродуцирования с использованием характеристик удаленности от резерва 70
2.3.2 Клеточный алгоритм репродуцирования с использованием характеристик живучести программных модулей контроллеров 74
2.3.3 Клеточный алгоритм гибридного репродуцирования 76
2.4 Выводы к главе 79
Структурно-функциональная организация сред надежного репродуцирования 80
3.1 Ячейка однородной среды репродуцирования по удаленности 80
3.1.1. Структурная организация ячейки 83
3.1.2 Функциональная организация блоков ячейки 88
3.1.3 Примеры функционирования среды репродуцирования 100
3.2 Ячейка однородной среды репродуцирования по живучести 109
3.2.1 Структурно-функциональная организация среды репродуцирования ПО
3.2.2 Режимы функционирования среды 118
3.3 Выводы к главе 127
Исследование клеточных алгоритмов надежного репродуцирования 128
4.1 Характеристика среды моделирования 128
4.1.1 Главное окно программы 129
4.1.2 Режим вычисления интегральных характеристик клеточного алгоритма 130
4.1.3 Режим вычисления относительных характеристик ,132
4.1.4 Режим вычисления характеристик для заданной конфигурации резерва 133
4.1.5 Интерактивный режим 135
4.2 Исследование и сравнительный анализ алгоритмов репродуцирования 142
4.2.1. Отбор вариантов клеточных алгоритмов для проведения сравнительного анализа 145
4.2.2 Сравнительный анализ отобранных вариантов клеточных алгоритмов 155
4.3 Выводы к главе 162
Заключение 164
- Структурно-функциональная организация отказоустойчивых многопроцессорных систем
- Принцип минимизации искажения логической структуры мультиконтроллера
- Структурная организация ячейки
- Режим вычисления характеристик для заданной конфигурации резерва
Введение к работе
Актуальность работы. Важными требованиями, предъявляемыми к технологическим машинам машиностроительных производств, функционирующим в изменяющихся и неопределенных условиях внешней среды, является интеллектуализация их поведения, а также их высокая надежность и безопасность. Машины должны правильно выполнять возложенные на них функции не только при изменениях внешней среды, но и при внутренних нарушениях, возникающих из-за отказов элементов.
Существенное расширение функциональных возможностей технологических машин, увеличение числа выполняемых технологических операций и их координированного выполнения требуют разработки многофункциональной управляющей системы, организующей упорядоченное выполнение множества технологических операций машины. Для параллельного управления множеством операций многофункциональная управляющая система строится в виде сети микроконтроллеров (мультиконтроллера), функционирующих децентрализованно как коллектив равноправных партнеров, объединенных единой целью по выполнению программы управления. Организация управляющей системы в виде сетевой структуры позволяет обеспечить высокую скорость обработки данных, а также за счет децентрализованного управления открывает возможности в обеспечении отказоустойчивости и гибкости перестройки (реконфигуриремости, масштабируемости) мультиконтроллера при изменении состава технологических операций и программ их выполнения.
Для обеспечения длительного безостановочного функционирования технологической машины ее мультиконтроллер должен обязательно обладать способностью к сохранению управляющих функций в случае отказов, т.е. обладать отказоустойчивостью, иначе отказ одного элемента будет вы-
зывать отказ технологической машины в целом, что недопустимо из-за значительных материальных издержек.
Проектирование автономных управляющих систем технологических машин должно быть основано на модульных принципах и технологиях. При этом микрокотроллер отказоустойчивого мул ьт и контроллера должен служить в качестве "кубика11 при компоновке управляющих систем технологической машины, служа неделимой единицей масштабируемой системы. В случае увеличения числа и сложности технологических операций наращивание коллектива микроконтроллеров должно приводить только к изменению размещаемой в мультиконтроллере программы управления, не вызывая его перепрограммирования для восстановления способности противостоять отказам. Отказоустойчивость мультиконтроллера должна являться его внутренним свойством, не затрагиваемым пользователем и сохраняемым при масштабировании мультиконтроллера, таким же как способность ЭВМ выполнять заданный набор машинных команд или управлять КЭШ памятью.
Проблемы обеспечения отказоустойчивости управляющих систем рассмотрены в работах Пархоменко П.П,, Варшавского В.И., Хорошевского В.Г., Каравая М.Ф., Харченко В.Л., Авижениса А., Реннелса Д., Сами М., Куна С. и др. авторов [1-14]. Исследования показывают, что перспективным методом обеспечения отказоустойчивости масштабируемых мульти-контроллеров является их самоорганизация, заключающаяся в восстановлении (репродуцировании) программы управления технологическими операциями на множестве работоспособных микроконтроллеров, допускающих перенастройку на один из хранимых в них алгоритмов. Хранение в каждом микроконтроллере множеств алгоритмов физических соседей обеспечивает оперативное репродуцирование, необходимое для безостановочной работы в реальном времени.
Ранее были разработаны клеточные алгоритмы и децентрализованные,
распределенные среды репродуцирования программы управления, интегрируемые в мультиконтроллеры с матричной структурой и гибким сгруппированным или распределенным резервом элементов. Распределенная, децентрализованная среда репродуцирования позволила построить отказоустойчивый, матричный, масштабируемый мультиконтроллер. Были показаны преимущества репродуцирования в мультиконтроллере с распределенным резервом. Однако положенные в основу созданной среды репродуцирования правила не позволяют обеспечить исправление отказов в значительном числе комбинаций даже при наличии резерва, что приводит к малоэффективному его использованию и достижению времени наработки, существенно уступающему теоретическому. В качестве теоретической предельной наработки берется время работы мультиконтроллера до исчерпания резерва, как в системах с общим скользящим резервированием, В результате очевидные преимущества архитектуры отказоустойчивого мультиконтроллера, связанные с децентрализованностью, рапределенностью, многофункциональностью и масштабируемостью, наталкиваются на невысокую способность среды к репродуцированию программы управления,
В связи с этим, для создания отказоустойчивого масштабируемого мультиконтроллера с интегрированной в него децентрализованной распределенной средой репродуцирования программы управления, необходимо решить задачу повышения корректирующей способности среды и приблизить тем самым время наработки до отказа мультиконтроллера к предельно достижимому, наступающему при исчерпании резерва.
Диссертационная работа выполнялась в рамках тематического плана госбюджетных НИР по Единому заказ-наряду Госкомвуза РФ Курского государственного технического университета.
Цель работы состоит в разработке и исследовании клеточных алго-
ритмов и децентрализованных, распределенных сред высоконадежного ре-
продуцирования, позволяющих создать настраиваемую ячейку автономного, масштабируемого, отказоустойчивого мультиконтроллера, сохраняющего высокую корректирующую способность на интервале времени от начала работы до полного исчерпания резерва при малых потерях времени на восстановление функционирования и минимальном количестве перенастраиваемых микроконтроллеров.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:
Выявление структурно-топологических характеристик клеточных алгоритмов управления репродуцированием, влияющих на величину отказоустойчивости мультиконтроллера.
Разработка принципов и правил управления репродуцированием программы управления мультиконтроллера, основанных на найденных характеристиках.
Разработка клеточных алгоритмов управления высоконадежным репродуцированием в соответствии с полученными принципами и правилами,
Разработка структурно-функциональной организации ячейки среды высоконадежного репродуцирования отказоустойчивого масштабируемого матричного мультиконтроллера,
Исследование возможностей клеточных алгоритмов и распределенных, децентрализованных сред высоконадежного репродуцирования программы управления и выявление рациональных решений по органи-зации среды.
Методы исследований основаны на использовании математического аппарата и методов теории графов, теории конечных автоматов и дискретных систем, теории клеточных автоматов, теории непрерывной логики и предикатной алгебры выбора, теории алгоритмов параллельных подстановок, теории надежности систем.
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, определяется следующим:
Разработаны принципы и правила управления высоконадежным репродуцированием, существенно увеличивающие число исправляемых отказовых ситуаций и основанные на применении структурно-топологических характеристик живучести и удаленности в графе.
Разработаны клеточные алгоритмы управления высоконадежным репродуцированием программы управления мультиконтроллера, реализующие полученные принципы и правила и позволяющие децентрализованно, распределенно и параллельно перераспределять программные модули между работоспособными микроконтроллерами,
Получены результаты исследования клеточных алгоритмов управления высоконадежным репродуцированием, подтвердившие сохранение высокой корректирующей способности при малых потерях времени на восстановление функционирования и минимальном количестве перенастраиваемых микроконтроллеров,
Разработана структурно-функциональная организация ячейки среды высоконадежного репродуцирования, интегрируемая в настраиваемый мул ьт и контроллер и позволяющая строить отказоустойчивые, масштабируемые матричные мультиконтроллеры.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в функционально-логической реализации блоков ячейки высоконадежного репродуцирования на основе дискретно-логического базиса, а также в созданной программной модели для исследования клеточных алгоритмов и результатах сравнительного анализа алгоритмов на ее основе.
Результаты работы внедрены в учебном процессе кафедры программного обеспечения Курского государственного технического университета и СКБ ПС АО Счетмаш (г. Курск).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на: международном конгрессе "Искусственный интеллект" (Таганрог, 2001); III и IV Всероссийской научно-технической конференции "НЕЙРОИНФОРМАТИКА" (Москва, 2001, 2002); международной молодежной научной конференции "XXVII Гагаринские чтения" (Москва, 2001); международной конференции "Распознавание-2001" (Курск, 2001); IV международной научно-технической конференции "Медико-экологические информационные технологии - 2001" (Курск, 2001); II и IV Всероссийской научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, проектировании и производстве" (Нижний Новгород, 2000, 2002); VI Всероссийском семинаре "Моделирование неравновесных систем" (Красноярск, 2003); XI Всероссийском семинаре "Нейроинформатика и ее приложения" (Красноярск, 2003).
Публикации. Результаты исследований отражены в 15 печатных работах [15-29], в число которых входят 3 публикации в центральных печатных изданиях, и защищены патентом Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 101 источник, 36 из которых — отечественные» 65 — зарубежные- Работа изложена на 177 страницах» содержащих 86 рисунков и 6 таблиц.
В главе 1 на основе анализа структурно-функциональной организаций отказоустойчивых многопроцессорных систем и существующих подходов к организации параллельного репродуцирования программы отказоустойчивых мультиконтроллеров сформулирована важность и целесообразность решения проблемы повышения корректирующей способности алгоритмов репродуцирования, показана необходимость выделения новых информационных характеристик процесса программопереноса и разработки на их основе новых принципов и алгоритмов репродуцирования, обеспечивающих корректировку любых комбинаций отказов в пределах имеющегося резерва.
В главе 2 сформулированы новые принципы построения алгоритмов надежного репродуцирования программы мультиконтроллера, основанные на максимизации характеристики живучести программных модулей, разработана математическая модель надежного репродуцирования, включающая в себя графовые модели самоорганизации однородной среды и правила их параллельного построения и коррекции. Разработанные правила реализованы в виде систем параллельных клеточных подстановок, позволяющих перейти к аппаратной реализации ячеек слоя настройки.
В главе 3 рассмотрена организация взаимодействия ячейки среды настройки с микроконтроллером, разработана структура масштабируемого матричного отказоустойчивого мультиконтроллера и соответствующее техническое решение по структурно-функциональной организации ячейки настройки для выполнения высоконадежного репродуцирования, защищенное патентом Российской Федерации. Для указанного устройства разработаны варианты функциональной организации сред высоконадежного репродуцирования, учитывающих характеристику живучести программных модулей мультиконтроллера.
В главе 4 описана разработанная в рамках диссертационной работы инструментальная среда отладки и анализа клеточных алгоритмов и проведен с ее помощью сравнительный анализ 48 вариантов разработанных клеточных алгоритмов надежного репродуцирования.
В заключении приведены основные результаты, полученные в диссертационной работе.
Научные положения, выносимые на защиту.
Результаты изучения структурно-топологических характеристик муль-тиконтроллера при анализе критических отказовых ситуаций.
Принципы и правила управления высоконадежным репродуцированием программы мультиконтроллера.
Клеточные алгоритмы управления высоконадежным репродуцированием матричного отказоустойчивого мультиконтроллера.
Результаты исследований клеточных алгоритмов управления высоконадежным репродуцированием программы управления.
Новая структурно-функциональная организация ячейки среды высоконадежного репродуцирования программы управления отказоустойчивого масштабируемого мультиконтроллера и ее модификации.
Области возможного использования. Результаты диссертационной работы могут найти применение при построении устройств группового логического управления, к которым предъявляются повышенные требования по надежности и непрерывности функционирования в условиях отказов
элементов.
Структурно-функциональная организация отказоустойчивых многопроцессорных систем
Микроконтроллерные управляющие сети (мультимикроконтроллеры), строящиеся на базе программируемых СБИС-микроконтроллеров, обеспечивают параллельную обработку данных объектов управления, и позволяют легко перепрограммировать сеть при изменении алгоритма управления. Достоинством такой управляющей сети является оперативность вычислений, свойственная системам с жесткой логикой, в сочетании с гибкостью, характерной для программируемых управляющих устройств.
Одной из важнейших задач, возникающих при проектировании муль-тиконтроллеров является обеспечение надежного функционирования системы в условиях возникновения отказов. В связи с этим, к управляющим микроконтроллерным сетям должны предъявляться высокие требования по дефектоустойчивости и безопасности.
При построении отказоустойчивых управляющих устройств получили распространение методы, основанные на использовании статического, динамического резервирования или их комбинаций. Введение резервирования для многопроцессорной системы на уровне одного процессора или всей системы в целом приводит к значительной аппаратурной избыточности. В настоящее время ведутся исследования по разработке отказоустойчивых структур, учитывающих особенности многопроцессорных управляющих систем и позволяющих снизить аппаратурные затраты для обеспечения от 14 казоустойчивости и уменьшить время восстановления функционирования системы [3,30-41]. Исследования сконцентрированы по следующим направлениям; 1. Разработка k-отказоустойчивых многопроцессорных структур для известных топологий. 2. Разработка fe-отказоустойчивых многопроцессорных структур для заданного графа задачи (графа логической структуры). 3. Разработка отказоустойчивых структур с задаваемым запасом резервных элементов. При этом под -отказоустойчивостью понимается максимально допустимое число k отказавших процессоров, не приводящее к отказу многопроцессорной системы [4,42,43].
Многопроцессорные системы характеризуются распределенным, децентрализованным и параллельным выполнением программы управления. Отказоустойчивая система должна обладать такими же свойствами. Восстановление функционирования многопроцессорной системы сводится к отображению графа логической структуры ( репродуцированию программы управления) в граф отказоустойчивой системы таким образом, чтобы каждой вершине графа логической структуры соответствовала вершина работоспособного процессора. Для сохранения свойств многопроцессорной системы механизм репродуцирования программы управления также должен реализовываться распределенными, децентрализованными и параллельными средствами без перезагрузки программы управления при восстановлении логической структуры, предполагающей централизованные средства хранения респределенным, децентрализованным и параллельным. Важным требованием, предъявляемым к многопроцессорным системам, является их гибкость. Это требование для отказоустойчивых систем заключается в отсутствии перепроектирования системы при изменении ее масштаба, возможности гибкого изменения объема резерва и его эффективного использования.
С точки зрения указанных требований к управляющим многопроцессорным системам рассмотрим недостатки отказоустойчивых структур в каждом из приведенных направлений исследований. При разработке k-отказоустойчивых регулярных структур рассматривается проектирование системы с жестким репродуцированием программных модулей в каждом из процессоров и с гибким репродуцированием, когда резервный элемент может выполнять различные программы.
В последнее время большое внимание уделяется гиперкубам, представляющим собой один из наиболее популярных типов параллельных структур. Структуры этого типа обеспечивают широкий диапазон связей процессоров, короткий (логарифмический) диаметр и высокую степень устойчивости к отказам [1,9-12,44].
Предлагаемый в работе [9] сбалансированный гиперкуб представляет собой вариант гиперкуба, расширяющий устойчивость регулярного гиперкуба по отношению к отказам. Так в сбалансированном гиперкубе каждый процессор имеет другой свободный процессор такой, что оба они используют одно и то же множество соседних узлов. Поэтому задачи, которые выполняются на процессоре с отказом, могут активизироваться на свободном процессоре, чтобы обеспечить эффективную реконфигурацию системы. При этом за каждым свободным или дублирующим процессором жестко закреплены задачи основного.
Метод реконфигурации гиперкубовой архитектуры [9,44] основан на определении начального вложения кольца (цикла из работоспособных элементов) в исходный сбалансированный гиперкуб и последующих определениях новых вложений в графе с отказами (по мере появления отказов) на основе исходного вложения. Так, для сбалансированного гиперкуба из 8 основных (белые) и 8 резервных узлов (рис. 1.1) при появлении отказа (узел 0,0) для получения адреса резервного узла требуется прибавить 2 к внутреннему адресу отказавшего узла. В процессе реконфигурации требуется заменить отказавший узел (0,0) на резервный (2,0). После реконфигурации сохраняется отношение смежности между узлами предыдущей конфигурации
Принцип минимизации искажения логической структуры мультиконтроллера
Таким образом, из рассмотренных выше примеров можно видеть, что распределенное построение маршрутов репродуцирования на основе известного принципа устранения конфликтов не всегда обеспечивает корректировку отказов в пределах имеющегося резерва. Использование максимальной длины маршрута в качестве критерия предпочтения при столкновении направлений не отражает способности узлов к продолжению программопереноса.
Анализ структурно-топологических характеристик модели избыточного мультиконтроллера с отказами показывает, что возможности системы к воспроизведению своих функций определяются способностью узлов к передаче программных модулей в различных направлениях в условиях многочисленных отказов. Именно количество различных вариантов достижения резерва, а не удаленность узла от резервных элементов определяет его способность к разрешению конфликта и продолжению программопереноса.
Из рассмотренных выше примеров видно, что известные принципы и построенный на их основе алгоритм самоорганизации используют не все возможности для достижения максимальной корректирующей способности отказоустойчивого мультиконтроллера. Для решения проблемы повышения корректирующей способности алгоритмов репродуцирования необходимо выделить новые информационные характеристики процесса программопереноса и на их основе разработать новые принципы и алгоритмы репродуцирования, обеспечивающие корректировку любых комбинаций отказов в пределах имеющегося резерва. Таким образом, создание клеточных алгоритмов и сред высоконадежного репродуцирования требует решения следующих взаимосвязанных задач. 1. Выявление структурно-топологических характеристик среды репродуцирования, влияющих на величину отказоустойчивости мультикон троллера, 2. Разработка принципов и правил репродуцирования программы управления, основанных на найденных характеристиках. 3. Разработка клеточных алгоритмов надежного репродуцирования в соответствии с полученными принципами и правилами. 4. Разработка структурно-функциональной организации ячейки среды высоконадежного репродуцирования, 5. Исследование клеточных алгоритмов и сред высоконадежного репродуцирования и выявление рациональных решений. 2 Разработка клеточных алгоритмов надежного репродуцирования 2.1 Принципы построения алгоритмов надежного репродуцирования программы мультиконтроллера Для обеспечения восстановления работоспособности мультиконтроллера используется сеть настройки, повторяющая его структуру связей, что обеспечивает масштабируемость решений на ее основе. В дальнейших рассуждениях будет использоваться структура сети, имеющая форму решетки, узлами которой являются микроконтроллеры (ячейки настройки), а ребрами — связи между ними, причем каждый узел сети соединен с четырьмя своими непосредственными соседями, находящимися от него слева, сверху, справа и снизу. Пример подобной сети с незамкнутыми внешними границами представлен на рис. 2,1,
Для решения задачи построения алгоритма надежного репродуцирования программы мультиконтроллера сформулированы основные принципы функционирования среды самоорганизации, учитывающие структурно-топологические характеристики микроконтроллерной сети, которые оказывают существенное влияние на отказоустойчивость.
Принцип минимизации искажения логической структуры мультиконтроллера Процесс реконфигурации микроконтроллерной сети возможен лишь в том случае, когда каждому из отказавших элементов доступен один или более резервных элементов- Восстановление работоспособности мультиконтроллера вносит в его логическую структуру искажения, для компенсации которых необходима дополнительная маршрутизация, следствием которой становится потеря производительности. Чтобы свести ее к минимуму, клеточный алгоритм должен соответствовать принципу минимизации суммарной длины маршрутов программопереноса [43,54]:
Структурная организация ячейки
Рассмотрим механизм функционирования однородной среды настройки мультиконтроллера, реализующей алгоритм репродуцирования его структуры, основанный на вариантах (а) правил 2.3.1 и 2.5, Множество ячеек однородной среды является элементами настройки матрицы из М х N микроконтроллеров (МК). Местоположение МК и соответствующей ему ячейки однородной среды определяется ее физическим адресом (ФА) — ( ,/) (где / = l,Af — номер строки, j = l,N — номер столбца матрицы).
Каждая ячейка однородной среды (/,/) настраивает соответствующий МК (itj) на один из алгоритмов функционирования: собственный ( \/)-й, верхний (i+ 1,/)-й, нижний (і — 1,/)-й, правый (г\/+ 1)-й, левый ( ,/ — 1)-й в зависимости от отказов или изменения алгоритмов функционирования верхнего (і + 1,/)-го, нижнего (і — 1,/)-го, правого (/,/ + 1)-го и левого (г,/-1)-гоМК.
Алгоритм функционирования (i tjr), на который настроен (iJ)-R МК будем называть виртуальным адресом (ВА) (i,j)-ro МК. Первоначально (при отсутствии отказов) все МК, за исключением резервных, имеют ВА равный ФА. Резервные элементы назначаются произвольно и первоначально имеют ВА=(0,0), т.е. не выполняют никакого алгоритма функционирования. При возникновении отказов МК множество взаимодействующих ячеек однородной среды перенастраивает работоспособные МК (в том числе и резервные) на новые ВА. Взаимодействие ячеек однородной среды осуще 80 ствляется сигналами достижимости и репродуцирования, поступающих от 0\/)-й ячейки однородной среды в (і + 1,/)-ю, (і — 1,/)-ю, (ifj + 1)-ю и (ij — 1)-ю ячейки однородной среды. Сигналы достижимости от ( \/)-й ячейки однородной среды информируют соседние ячейки о длине С маршрута достижимости от ( \/)-го МК до ближайшего к нему резервного МК; где: ? S — минимальное ненулевое значение сигнала, соответствующее расстоянию между соседними ячейками однородной среды; ? LX — максимальное значение сигнала, соответствующее наибольшей возможной длине маршрута репродуцирования: Сигнал репродуцирования от (Ї\/)-Й ячейки информирует одну из соседних ячеек о перенастройке соответствующего ей МК на {ї,/)-й алгоритм, соответствующей программопереносу из (ijypi ячейки. Сигналы репродуцирования принимают значение кратное S и равное длине текущего маршрута репродуцирования. Нулевое значение сигнала означает отсутствие программопереноса в соответствующую ячейку. В соответствии с рассмотренным в разделе 2.3Л набором клеточных подстановок 01-..07, распространение сигналов в однородной среде выполняется по следующим правилам: 1. При отсутствии отказов» сигналы достижимости вырабатываются ячейками однородной среды, соответствующими резервным элементам, во всех направлениях и имеют значение равное S, Остальные ячейки однородной среды вырабатывают сигналы достижимости во всех направлениях при поступлении хотя бы с одного направления сигнала достижимости со значением меньше величины LX, При этом выходные сигналы достижимости принимают значение минимального входного сигнала достижимости увеличенное на величину S. Если сигналы достижимости со всех направлений имеют значение LX, то ячейкой по всем направлениям вырабатываются сигналы достижимости со значением LX. 2. При возникновении отказов, значение всех выходных сигналов достижимости ячеек однородной среды, соответствующих отказавшим МК, устанавливается равным LX. Каждая ячейка однородной среды, соответствующая отказавшему МК, вырабатывает сигнал репродуцирования со значением, равным 5, в направлении одной из соседних ячеек, при условии наличия сигнала достижимости с этого направления, со значением, меньшим LX и равным минимальному среди значений сигналов достижимости со всех направлений- При наличии двух и более сигналов со значением, равным минимальному, направление програм-мопереноса выбирается в соответствии с приоритетами направления: вправо, вверх, вниз, влево. На остальные направления подаются сигналы репродуцирования с нулевым значением. 3. Ячейки однородной среды, соответствующие работоспособным МК, вырабатывают сигнал репродуцирования только при поступлении такого сигнала от соседей. Значение выходного сигнала репродуцирования в этом случае устанавливается в значение максимального ненулевого входного сигнала репродуцирования, увеличенное на величину 6. Ячейки однородной среды, соответствующие резервным элементам, не вырабатывают сигналы репродуцирования. 4. При поступлении в одну ячейку однородной среды двух и более сигналов репродуцирования возникает конфликтная ситуация, т.к. каждый МК может переключиться по сигналу репродуцирования только на од-ни из алгоритмов соседних МК. Конфликтная ситуация разрешается путем блокирования выдачи сигналов достижимости по направлениям прихода сигналов репродуцирования со значением, не равным минимальному. Сигналы достижимости на заблокированных направлениях принимают значение LX. При этом соседние ячейки однородной среды отменяют сигналы репродуцирования в заблокированных направлениях и вырабатывают их в других направлениях в соответствии с новыми минимальными значениями входных сигналов достижимости.
Режим вычисления характеристик для заданной конфигурации резерва
Рассмотрим работу (г\/)-й ячейки в различных ситуациях, связанных с восстановлением логической структуры мультиконтроллера. При этом ее работу будем рассматривать во взаимосвязи с другими ячейками, образу-щими однородную среду надежного репродуцирования.
Когда все микроконтроллеры матрицы находятся в работоспособном состоянии (см. рис. 3.15), на входах w , w » wj3, wj4 и XQ соответствующих им ячеек однородной среды репродуцирования присутствуют нулевые сигналы, свидетельствующие об отсутствии необходимости в перенастройке матрицы. При этом сигналы со входов w .-Wj поступают соответственно на первый, второй, третий и четвертый входы блока RSC, на пятый, шестой, седьмой и восьмой входы блока MSE2 и на первые входы блоков SABi„.SAB4.
Сигналы на всех выходах блока RSC принимают значение, равное LX и поступают на входы с первого по четвертый блока MRSI, Сигналы на всех выходах, кроме четвертого, блока MRSI принимают нулевое значение и поступают на входы с первого по четвертый блока MSE2 и на четвертые входы блоков SAB1...SAB4.
С выхода блока MSE% нулевой сигнал поступает на восьмой вход блока-демультиплексора RSD.
Сигналы на выходах с первого по четвертый блока-демультиплексора RSD устанавливаются в нулевое значение, и поступают на выходы ,(У3 2 ячейки однородной среды и показывают отсутствие программо-переноса в соседние ячейки. Если соответствующий ячейке однородной среды МК не является резервным, то на ее входе хг присутствует нулевой сигнал, а на входах w .-.w присутствуют сигналы, принимающие значение от 6 до LX и обозначающие достижимости соседних ячеек в соответствующих направлениях. Сигналы достижимости со входов w /j.-.w ячейки поступают на входы с первого по четвертый блоков MASI и MSE\.
На выходе блока MASI, соответствующем направлению с которого пришел сигнал с наименьшим значением, вырабатывается сигнал, равный 5, а на всех остальных выходах этого блока вырабатываются нулевые сигналы. Эти сигналы поступают на входы с четвертого по восьмой блока MSE\ и блока-демультиплексора RSD,
Выходной сигнал блока MSE\ принимает значение, равное наименьшему из сигналов на входах w /j.-.w ячейки и поступает на первые входы блока-демультиплексора ASD и блока CMD.
Так как на первых, вторых и четвертых входах блоков SABi,..SAB4 присутствуют нулевые сигналы, то на их выходах также устанавливаются нулевые значения сигналов, соответствующие отсутствию запретов на про-граммоперенос, которые поступают на входы со второго по пятый блока-демультиплексора ASD, на всех выходах которого устанавливается значение сигнала, равное значению сигнала на его первом входе, увеличенному на величину 5. С выходов блока-демультиплексора ASD это значение поступает на выходы w ...w 4 ячейки, информируя тем самым соседние ячейки о длине маршрута достижимости к резерву. Если ячейка соответствует резервному МК, то на ее входе хг присутствует ненулевое значение сигнала, которое поступает на шестой вход блока-демультиплексора ASD и сигналы на его выходах принимают значение 5, соответствующее минимальной длине маршрута достижимости до этой ячейки.
Если хотя бы один из МК отказывает, то в однородной среде начинается процесс репродуцирования, состоящий из двух фаз - фазы сброса и фазы реконфигурации, В начале фазы сброса блоки-формирователи RSG опорных напряжений всех ячеек однородной среды устанавливают уровни напряжений сигнала S нулевыми, что обеспечивает сброс в нулевое значение всех установившихся ранее сигналов достижимости и репродуцирования. Через промежуток времени, достаточный для сброса всех сигналов достижимости и репродуцирования, блоки RSG всех ячеек однородной среды восстанавливают уровни опорных напряжений 6. Фазу реконфигурации рассмотрим отдельно для ячеек соответствующих отказавшим, работоспособным и резервным МК.
![Коррекция программ адаптации в управлении системными эффектами алкоголя [Электронный ресурс]](/i/i/4293/168208.png "Коррекция программ адаптации в управлении системными эффектами алкоголя [Электронный ресурс] Гальцев Александр Сергеевич")
