автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Повышение отказоустойчивости конфигурируемых блоков программируемых логических интегральных схем на основе функционально полных толерантных элементов

005001084

Греков Артем Владимирович

На правах рукописи

/ с

ПОВЫШЕНИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ КОНФИГУРИРУЕМЫХ БЛОКОВ ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ НА ОСНОВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО ПОЛНЫХ ТОЛЕРАНТНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ

Специальность: 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

1 7 НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь - 2011

005001084

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (ГЖИПУ)

Научный руководитель -

Официальные оппоненты ■

доктор технических наук, профессор Тюрин Сергей Феофентович

доктор технических наук, доцент Середа Юрий Алексеевич

кандидат технических наук, Березняков Сергей Вадимович

Ведущее предприятие -

Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

Защита состоится «16» декабря 2011 г. в 15.00 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.188.04 при ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» по адресу:

614990, г.Пермь, Комсомольский проспект, 29, ауд. 345.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет».

Автореферат разослан « 7 » ноября 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

А.А. Южаков

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Для информационно-телекоммуникационных систем, перспективных вооружений, военной техники, космических систем критическими технологиями являются технологии создания электронной компонентной базы. В настоящее время одним из динамично развивающихся направлений цифровой схемотехники являются программируемые логические интегральные схемы - ПЛИС. Одним из широко используемых сегодня типов ПЛИС являются ПЛИС FPGA (англ. field-programmable gate array) - программируемые пользователем вентильные матрицы (ППВМ), которые имеют много логических элементов - конфигурируемых пользователем логических блоков - конфигурируемых блоков (КБ) и гибкую архитектуру.

Для высоконадёжной авиационной аппаратуры, аппаратуры космических аппаратов, вооружения и военной техники, систем управления АЭС, медицинских систем требуются отказоустойчивые ПЛИС. Однако в этом направлении сегодня развиваются практически только однократно-программируемые радиационно-стойкие ПЛИС фирмы Actel, которые имеют троированные триггеры с мажоритарной схемой подавления сбоев и используются в аппаратуре специального назначения. Восстановление логики ПЛИС после отказов в сложных и специальных условиях эксплуатации в настоящее время не предусматривается, хотя технологические предпосылки к этому уже созданы.

Объектом исследования являются конфигурируемые блоки ПЛИС FPGA.

Для повышения надёжности передачи и хранения информации производителями используется помехоустойчивое кодирование (вводится информационная избыточность). Повышение надёжности в смысле пассивной отказоустойчивости в настоящее время реализуется традиционными методами структурного резервирования (вводится аппаратурная избыточность). Активную отказоустойчивость сегодня

предполагается реализовывать путём восстановления, например, памяти ПЛИС после отказов - путём исключения блоков с отказами (уменьшения адресного пространства), либо путём переадресации ячеек. Несмотря на потребность дальнейшего развития методов обеспечения отказоустойчивости, имеющиеся методы активной отказоустойчивости развиваются, по существу, обособленно от методов пассивной отказоустойчивости и не интегрируются для целей восстановления и сохранения структурного резерва при отказах.

Принципы отказоустойчивости рассматривались в работах Р. Хэмминга, Дж. фон Неймана, Д. Малера, А. Авижениса и др. Эти принципы были использованы и используются при создании систем управления военными, космическими комплексами. Разработкой новых подходов к повышению надёжности цифровых элементов и узлов, в том числе на основе ПЛИС, занимаются в ИПУ РАН (группа Каравая М.Ф.), ИПИ РАН (группа Степченко Ю.А., продолжающая исследования Варшавского В.И. в области самосинхронных схем), активно работают украинские учёные - группы Харченко B.C., Хаханова В.И. Вопросы повышения надёжности исследовались также Пархоменко П.П., Согомоняном Е.С., Ткаченко A.B., Харитоновым В.А., Твердохлебовым В.А., Тюриным С.Ф. и др. В последние годы всё чаще говорят о «живучести», когда речь идёт об отказах, вызванных внешними поражающими воздействиями.

Однако научно-методический аппарат восстановления логики ПЛИС после отказов в настоящее время в полной мере не разработан. Поэтому предметом исследования являются методы и модели создания отказоустойчивых конфигурируемых блоков - КБ ПЛИС на основе восстановления логики.

Таким образом, необходимость развития методов и средств повышения отказоустойчивости электронной компонентной базы обуславливает актуальность научной задачи исследования и разработки моделей и методик синтеза отказоустойчивых конфигурируемых блоков ПЛИС.

Цель работы - совершенствование научно-методического аппарата синтеза отказоустойчивых конфигурируемых блоков ПЛИС на основе элементов с избыточным базисом (функционально-полных толерантных элементов).

Достижение поставленной цели обеспечивается постановкой и решением в диссертационной работе следующих задач:

- модификация и решение уравнения сохранения функциональной полноты элемента с четырьмя входами с учетом модели замыканий;

- совершенствование алгоритма представления произвольной булевой функции в функционально полном толерантном (ФПТ) базисе и остаточных базисах;

- разработка методики синтеза конфигурируемых блоков на основе ФПТ элементов.

Методы исследования: теория булевых функций и автоматов, комбинаторика, теория надёжности.

Основные положения, выносимые на защиту:

- повышение отказоустойчивости конфигурируемых блоков ПЛИС предлагается путём использования элементов с избыточным базисом -функционально-полных толерантных элементов, сохраняющих функциональную полноту, как при модели однократных константных отказов входов, так и при модели замыканий двух входов;

- рекомендуется фиксирование остаточных базисов элементов после глубокого диагностирования имеющимися средствами ПЛИС для использования при переконфигурировании мелкозернистых ПЛИС;

- для крупнозернистых ПЛИС на основе ФПТ мультиплексоров целесообразно «деление» с выявлением и последующим использованием работоспособной доли либо самостоятельно, либо путём восстановления из отказавших мультиплексоров одного полного;

- предлагается усовершенствование пассивной отказоустойчивости на основе структурного резервирования (дублирование, мажоритирование,

глубокое мажоритирование) путём использования в каждом канале скользящего резервирования с восстановлением элементов из отказавших, но сохранивших базис.

Научная новизна результатов:

- усовершенствована методика построения ФПТ функции, с помощью которой получено и решено уравнение сохранения функциональной полноты элемента с четырьмя входами с учетом модели замыканий переменных;

- установлено, что ФПТ функция xixi VX3X4 сохраняет базис и при модели замыканий двух переменных;

- впервые определены остаточные базисы для комбинированной модели отказов - константных однократных и замыканий двух переменных -16 базисов;

- усовершенствован алгоритм представления произвольной булевой функции в ФПТ базисе и новых остаточных базисах на основе предложенного правила инверсирования ортогональных конъюнкций и верификации результатов расчётов;

- разработана методика синтеза конфигурируемых блоков на основе ФПТ элементов и математических моделей активно и пассивно отказоустойчивой ПЛИС-ФПТ с переходом на остаточные базисы.

Достоверность исследования подтверждается проверкой результатов решения предложенного уравнения сохранения функциональной полноты с помощью разработанной программы, а также путём проверки соответствия полученных решений теореме Поста; верификацией представления булевых функций в заданных базисах путём вычисления соответствующих конъюнкций (решение обратной задачи); проверкой автоматически синтезированных ехем с помощью схемотехнического моделирования в системе «Quartus И» фирмы Altera; использованием апробированного математического аппарата булевой алгебры, теории автоматов и теории надёжности.

Практическая значимость диссертации: • - разработаны алгоритм и программа решения логического уравнения сохранения функциональной полноты;

разработана программа автоматизированного синтеза комбинационной схемы в ФПТ базисе и остаточных базисах, позволяющая ускорить построение схемы и оценить сложность реализации и коэффициент готовности;

- предложена линейка вариантов реализации восстанавливаемой логики на основе избыточных базисов элементов, позволяющих повысить отказоустойчивость цифровых схем;

- разработаны технические решения типовых комбинационных схем в новом ФПТ базисе, обеспечивающем снижение сложности типовых схем.

Таким образом, разработанные в диссертации теоретические положения и методики синтеза и анализа КБ ПЛИС позволяют повысить отказоустойчивость ПЛИС за счёт восстановления логики.

Реализация результатов работы. Полученные результаты внедрены в ОАО «СТАР» (г. Пермь) и ЗАО «ИБС» (г. Пермь).

Результаты работы используются па кафедре «Автоматика и телемеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета при преподавании дисциплин «Надёжность систем автоматизации» и «Основы схемотехники», а также на кафедре «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» Пермского военного института внутренних войск МВД России при преподавании дисциплин «Теория автоматов», «Схемотехника ЭВМ».

Апробация работы. Основные теоретические и прикладные результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Информация, инновации, инвестиции» (Пермь, 2006), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (Пермь, 2007, 2008), Международной научно-технической конференции «Dependable Systems, Services and Technologies

(БеБЗегТ)» (Украина, Кировоград, 2007, 2009), Международной интернет-конференции «Инновационные технологии: теория, инструменты, практика» (Пермь, 2010), Международной научно-технической конференции «Вычислительный интеллект» (Украина, Черкассы, 2011).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 17 научных работах, в том числе в двух статьях в рецензируемых научных изданиях, входящих в Перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 81 наименования и шести приложений. Работа представлена на 267 е., в том числе 167 с. основного текста, содержит 97 рисунков и 76 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определена область исследований, сформулирована цель и задачи диссертации, изложены основные положения и новые научные результаты, выносимые на защиту, их теоретическая и практическая значимость, отражены сведения о реализации и апробации работы.

В первой главе выполнен анализ объекта исследования - КБ ПЛИС, методов и средств повышения их отказоустойчивости. Противоречием в практике является несоответствие между развитыми средствами реконфигурации ПЛИС и недостаточным их использованием в настоящее время для повышения отказоустойчивости. Показано, что научно-методический аппарат восстановления логики в настоящее время детально не проработан, хотя технологические и научные предпосылки к этому уже созданы. Ставится и детализируется задача исследования.

Во второй главе представлена модификация и решение уравнения сохранения функциональной полноты элемента с четырьмя входами с учетом модели замыканий. Исходный вектор булевой функции четырёх переменных, удовлетворяющий теореме Поста имеет вид:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 1 1 я3 1 аь «6 0 1 а9 а\о 0 а\г 0 0 0

Составлено логическое уравнение, описывающее условия сохранения функциональной полноты при комбинированной модели отказов для четырёх переменных относительно неизвестных бит:

(а6 V ап V а12Ха5 а, V аи\аг V я, V а^г V а, V а6)(а, V а5 V а9)(а3 V а6 V а10) (а, Vа, V а12Ха9 V а10 V ап\агаи Vа,а12Ха6а, V адХед„ V а5а10)= 1

Получены 6 решений. Решению а3а5а6а,аша12 соответствует ФПТ

функция Xlл:2Vд:зЛ4 (3), которая была получена ранее только для модели однократных константных отказов, что доказывает её толерантность и к модели замыканий двух входных переменных. Под толерантностью функции понимается невосприимчивость её свойства функциональной полноты к отказам заданной модели - вид функции изменяется, но функциональная полнота в смысле теоремы Поста сохраняется. Описывается усовершенствованная методика построения ФПТ функции.

На рисунке 1 представлено условное графическое обозначение предлагаемого ФПТ элемента:

Г 1

г

Рисунок 1 - Условное графическое обозначение ФПТ элемента х\Хг vxзx4

В третьей главе совершенствуется алгоритм представления произвольной булевой функции в ФПТ базисе и полученных новых остаточных базисах путем применения предложенного правила инверсирования ортогональных конъюнкций, верификации результатов расчётов и учёта новых остаточных базисов. По заданной обобщённой

таблице истинности Г(0,1,~) булева функция / представляется в ФПТ базисе и в А: остаточных базисах:

/ = 7ш7..и*7шЛи (4); / = 72^7,,1Л,, (5); / = (/з-...^Л,,)/,2 (6).

Л =А.1Л/*.1.2 (7); = /'МЛ ^ 1ы.2

Алгоритм реализует представление произвольной ДНФ, заданной таблицей истинности, в виде отдельных таблиц для каждого ФПТ элемента в полном или остаточном базисах. Так, представление восьмиканального мультиплексора (генератора функций трёх переменных) в полном базисе имеет вид формулы:

г = хзх!(сх1\/ dx^)^/ x2(axlvbx\)v xзx2(gxl V кх{)\/ хг{ех\ V /х\) (9)

Дополнительно реализована верификация полученного представления, а также оценка сложности представления и задержки. Эти показатели используются для оценки ПЛИС с восстанавливаемой логикой.

В четвертой главе исследуется Марковская модель конфигурируемых блоков ПЛИС-ФПТ с переходом на остаточные базисы и с соответствующими дополнительными состояниями. Для расчётов коэффициента готовности активно отказоустойчивой ПЛИС была разработана программа «Цепи Маркова». С учётом работы на остаточных базисах и снижения интенсивности отказов за счёт нового базиса достигается увеличение коэффициента готовности до 15-20% от максимально возможного выигрыша. Для систем, не допускающих перерывов в работе, предложена модель скользящего резервирования с восстановлением (СССРВ). Восстановление отказавших основных п (резервных т) элементов эквивалентно их увеличению при допущении, что они восстанавливаются по мере наступления отказов. В общем случае, для различных абстрактных

базисов будет иметь место выражение:

(10), где г - максимальное

требуемое количество отказавших элементов для восстановления исходной

функции. Без учёта «остатков» и при дополнительных затратах на восстановление оказавших Л, предложена формула:

[?1

п+т , I.г J , г, 1 1,

РсссЛ) = • е-" • П -е»Г-' • е-1-' + 2 '-Г' (11)

<=» >1

На рисунке 2 представлены некоторые результаты расчётов выигрыша в вероятности безотказной работы при некоторых параметрах СССРВ относительно системы без восстановления.

0.25 -1--1-,-1-1-г

"0.05 -1-1-1-->--"г-'

МО11 1-10 10 1-10^ 1-10® 1 -10 1 -10 1-10 1-10

к

Рисунок 2 - График выигрыша в вероятности безотказной работы ПЛИС-ФПТ СССРВ при п = 100, m = 10, г = 4

Для конкретных значений параметров предлагаемая математическая модель обеспечивает оценку возможного выигрыша. Разработана методика синтеза конфигурируемых блоков на основе ФПТ элементов (рисунок 3) с использованием процедуры оптимизации структурной схемы надёжности ПЛИС с пассивной отказоустойчивостью, модифицированной путём учёта нового варианта скользящего резервирования с восстановлением логики.

В заключении приведены основные результаты исследований, сформулированы выводы и определены основные направления развития подходов к разработке высоконадежной элементной базы, способной функционировать в сложных и специальных условиях без технического обслуживания и ремонта в течение всего срока эксплуатации.

Требования по /

реализации (тип ПЛИС), / надёжности КБ ПЛИС - / Кг™, РсИГ,«, £■ /

Варианты одноканальной реализации: 1. Программно-аппаратная реализация. Варианты резервирования:

1. Мажоритарное резервирование с одним мажоритарным элементом.

2. Мажоритарное резервирование с тремя мажоритарными элементами.

3. «Глубокое» мажоритирование с выбором к слоев.

4. Скользящее резервирование.

5. Скользящее резервирование с восстановлением.

Предлагаемая пассивно - активная отказоустойчивость

Реализация

восстанавливаемых КБ на основе остаточных базисов с структурного резервирования

Рисунок 3 - Методика синтеза конфигурируемых блоков на основе ФПТ элементов

Основные выводы

В результате исследования решена научная задача совершенствования научно-методического аппарата синтеза отказоустойчивых конфигурируемых блоков ПЛИС на основе элементов с избыточным базисом (функционально-полных толерантных элементов).

Модифицировано (с учетом модели замыканий) и решено уравнение сохранения функциональной полноты элемента с четырьмя входами.

Усовершенствован алгоритм представления произвольной булевой функции в функционально полном толерантном (ФПТ) базисе и остаточных базисах.

Разработана методика синтеза конфигурируемых блоков на основе ФПТ элементов.

В диссертации разработаны научные подходы, алгоритмы и программы, обеспечивающие надежность функционирования устройств вычислительной техники и систем управления, реализованных на ПЛИС.

Усовершенствованный научно-методический аппарат позволяет обеспечить повышение отказоустойчивости КБ ПЛИС за счет восстанавливаемой логики на основе элементов с избыточным логическим базисом - ФПТ элементов.

Новым является расширение области поиска ФПТ функций на модели замыканий входов элементов, усовершенствованный алгоритм представления булевых функций в ФПТ базисе, и математические модели восстановления логики ПЛИС, в том числе на основе предложенного скользящего резервирования с восстановлением логических элементов из нескольких элементов с отказами, не приводящими к потере базиса.

Основные публикации но теме диссертационной работы Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Греков A.B., Набатов A.B., Ольт Г.О. Методика поиска работоспособных элементов функционально-полных толерантных цифровых схем // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. № 2(76), 2009. - С. 129133.

2. Тюрин С.Ф., Громов O.A., Греков A.B. Функционально-полный толерантный элемент ФПТ+ // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. № 1(115), 2011.-С. 24-31.

Другие статьи и материалы конференций

3. Греков A.B., Тюрин С.Ф., Алексеев H.A., Прохоров A.A., Прохоров ДА. Программируемые логические устройства на основе функционально-полных толерантных элементов // Сборник «Информация, инновации, инвестиции. Материалы 7-й Всероссийской конференции». - Пермь: Пермский ЦНТИ, 2006. - С. 136-138.

4. Греков A.B., Набатов A.B. Анализ существующих программируемых логических интегральных схем // LXVI Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Вклад молодых ученых в развитие АПК» 10-12 апреля 2007 года. Вып. XVII. Ч. 2. Сборник научных трудов. - Пермь: изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2007. - С. 300-305.

5. Тюрин С.Ф., Богатырев C.B., Голубев A.B., Греков A.B., Прохоров A.A., Прохоров Д.А. Функционально-полные толерантные цифровые схемы на базе ПЛИС фирмы «Altera» // Научно-технический журнал «Радиоэлектронные и компьютерные системы». - Харьков: «ХАИ», № 8(27), 2007.-С. 66-70.

6. Греков A.B., Тюрин С.Ф. Применение языка VHDL для моделирования отказоустойчивых цифровых схем // Научно-методические

аспекты процесса совершенствования подготовки специалистов для правоохранительных и других органов государственной власти и управления. Сборник научных статей I Международной научно-практической конференции, 25 декабря 2008 г. Ч. III. - Пермь: ПВИ ВВ, 2008. - С. 46-48.

7. Греков A.B., Тюрин С.Ф., Ольт Г.О. Алгоритм поиска работоспособных элементов в отказоустойчивых цифровых схемах // Научно-технический журнал «Радиоэлектронные и компьютерные системы». - Харьков: «ХАИ», № 6(40), 2009. - С. 46-49.

8. Греков A.B., Тюрин С.Ф., Ольт Г.О. Поиск работоспособных подмножеств элементов в отказоустойчивых цифровых схемах // Системы мониторинга и управления: сб. науч. тр. - Пермь: Пермский государственный технический университет, 2009. - С. 102-107.

9. Греков A.B., Тюрин С.Ф., Дудин Я.В. Анализ вариантов реализации функционально-полного толерантного элемента // Системы мониторинга и управления: сб. науч. тр. - Пермь: Пермский государственный технический университет, 2010. - С. 108-118.

10. Греков A.B., Савельев С.И., Чаплыгин A.A. Алгоритм поиска работоспособных подмножеств элементов в отказоустойчивых цифровых схемах // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика (Innotech 2010). Материалы II Международной интернет-конференции молодых ученых, аспирантов, студентов (1 ноября - 1 декабря 2010 г.). -Пермь: Пермский государственный технический университет, 2011. - С. 424430.

11. Тюрин С.Ф., Греков A.B., Громов O.A. Определение функционально-полных толерантных булевых функций четырех аргументов с учетом модели замыканий переменных // Вычислительный интеллект (результаты, проблемы, перспективы): Материалы 1-й Международной научно-технической конференции (10-13 мая 2011 г., Черкассы). - Черкассы: Маклаут, 2011. - С. 493-494.

12. Тюрин С.Ф., Греков A.B., Громов O.A. Программа автоматизированного синтеза комбинационных схем элементов систем

управления в функционально-полном толерантном базисе и нетривиальном остаточном базисе // Всероссийский научно-практический журнал «Народное хозяйство. Вопросы инновационного развития». - М.: «МИИ Наука», 2011. -№2. -С. 258-263.

13. Тюрин С.Ф., Греков A.B., Громов O.A. Определение функционально-полных толерантных булевых функций четырёх аргументов с учётом модели замыканий переменных // Доклады Академии военных наук. №5 (49), 2011. Саратов: 2011. - С. 35-44.

14. Тюрин С.Ф., Греков A.B., Громов O.A. Анализ моделей отказов программируемых логических интегральных схем /У Материалы краевой научно-технической конференции «Автоматизированные системы управления и информационные технологии» май 2011 г. - Пермь: ПНИПУ, 2011.-С. 74-79.

15. Тюрин С.Ф., Громов O.A., Сулейманов A.A., Греков A.B. Отказоустойчивая ПЛИС со скользящим резервированием на основе ФПТ элементов // Вестник ПГТУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. № 5,2011. -Пермь: ПНИПУ, 2011. - С. 102-114.

16. Тюрин С.Ф., Громов O.A., Сулейманов A.A., Греков A.B. Анализ методов обеспечения пассивной отказоустойчивости цифровых устройств и систем // Вестник ПГТУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. № 5,2011. - Пермь: ПНИПУ, 2011. - С. 144-153.

17. Тюрин С.Ф., Громов O.A., Сулейманов A.A., Греков A.B. Сравнительный анализ реализации генераторов логических функций на основе ФПТ элементов и элементов 4И-НЕ // Вестник ПГТУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. № 5, 2011. - Пермь: ПНИПУ, 2011. - С. 187-198.

Подписано в печать 1.11.2011 г Формат 60x84/16.

Отпечатано на ризографе. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,0

_Тираж 100 экз. Заказ № 135 _

Типография ПВИ ВВ МВД России 614108, Пермь, ул. Гремячий Лог, 1

Определения, обозначения и сокращения.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ ПЛИС И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Анализ объекта исследования - конфигурируемых блоков программируемых логических интегральных схем и средств повышения их отказоустойчивости.

1.2 Анализ моделей отказов больших интегральных схем.

1.3 Анализ предмета исследования - методов обеспечения отказоустойчивости конфигурируемых блоков ПЛИС.

1.3.1 Анализ методов обеспечения пассивной отказоустойчивости ПЛИС.

1.3.2 Активная отказоустойчивость.

1.3.3 Восстановление ПЛИС, допускающей перерывы в функционировании.

1.4 Постановка задачи исследования.

Выводы по главе

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО ПОЛНЫХ ТОЛЕРАНТНЫХ БУЛЕВЫХ ФУНКЦИЙ ЧЕТЫРЁХ АРГУМЕНТОВ С УЧЕТОМ МОДЕЛИ ЗАМЫКАНИЙ ПЕРЕМЕННЫХ.

2.1 Получение таблиц функций отказов вектора предполагаемой ФПТ функции для п=4 с учетом комбинированной модели отказов.

2.2 Обеспечение свойства нелинейности в смысле теоремы Поста вектора предполагаемой ФПТ функции для п=4 с учетом комбинированной модели отказов.

2.3 Обеспечение не самодвойственности ФПТ функции.

2.4 Проверка новых полученных остаточных функций на соответствие теореме Поста.

2.4.1 Остаточные функции для модели отказов «замыкания» входов с доминированием.

2.4.2 Модель отказов «Монтажное И».

2.4.3 Модель отказов «Монтажное ИЛИ».

2.4.4 Модель отказов «Монтажное И» с доминированием.

2.4.5 Модель отказов «Монтажное ИЛИ» с доминированием.

2.4.6 Проверка свойств новых остаточных функций.

2.5 Усовершенствованная методика построения ФПТ функции.

Выводы по главе 2.

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СИНТЕЗА ЦИФРОВЫХ КОМБИНАЦИОННЫХ СХЕМ В ФУНКЦИОНАЛЬНО ПОЛНОМ

ТОЛЕРАНТНОМ БАЗИСЕ И В ОСТАТОЧНЫХ БАЗИСАХ.

3.1 Особенности представления булевых функций в базисе Х1Х2 v Х3Х

3.2 Представление булевой функции в базисе Х\Х2 v хзхл

3.3 Особенности синтеза для функций с развязывающей переменной.

3.4 Особенности синтеза для функций, обладающих общей переменной

3.5 Особенности синтеза для несвязных логических функций.

3.6 Алгоритм представления булевой функции в ФПТ базисе Х\Х2 v Х3Х и в остаточных базисах.

3.6.1 Синтез в трехэлементном остаточном базисе x,vx,xk ] jq

3.6.2 Представление функции в двухэлементных остаточных базисах х, v х, и х, Хк j ]

3.7 Разработка программы автоматизированного синтеза цифровых комбинационных схем в функционально полном толерантном базисе и в остаточных базисах.

3.8 Результаты тестирования программы «Синтез ФПТ».

Выводы по главе 3.

4 МЕТОДИКА СИНТЕЗА КОНФИГУРИРУЕМЫХ БЛОКОВ НА ОСНОВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО ПОЛНЫХ ТОЛЕРАНТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. 128 г

4.1 Оценка эффективности одноканальной восстанавливаемой

ПЛИС-ФПТ на основе Марковских моделей.

4.1.1 Марковская модель ПЛИС-ФПТ с переходом на остаточные базисы и с одним дополнительным состоянием.

4.1.2 Разработка программы расчета коэффициента готовности восстанавливаемой ПЛИС с конфигурируемыми блоками на основе функционально полных толерантных элементов.

4.2. Результаты расчётов.

4.3 Оценка вероятности безотказной работы отказоустойчивой ПЛИС

ФПТ со скользящим резервированием и восстановлением логики.

4.4 Методика синтеза конфигурируемых блоков на основе ФПТ элементов.

Выводы по главе 4.

Актуальность работы. Для информационно-телекоммуникационных систем, перспективных вооружений, военной техники, космических систем критическими технологиями являются технологии создания электронной компонентной базы. В настоящее время одним из динамично развивающихся направлений цифровой схемотехники являются программируемые логические интегральные схемы - ПЛИС [1-22]. Одним из широко используемых сегодня типов ПЛИС являются ПЛИС FPGA (англ. field-programmable gate array) -программируемые пользователем вентильные матрицы (ППВМ), которые имеют много логических элементов - конфигурируемых пользователем логических блоков - конфигурируемых блоков (КБ) и гибкую архитектуру [5, 6].

Для высоконадёжной авиационной аппаратуры, аппаратуры космических аппаратов, вооружения и военной техники, систем управления АЭС, медицинских систем требуются отказоустойчивые ПЛИС. Однако в этом направлении сегодня развиваются практически только однократно-программируемые радиационно-стойкие ПЛИС фирмы Actel, которые имеют троиро- -ванные триггеры с мажоритарной схемой подавления сбоев и используются в аппаратуре специального назначения. Восстановление логики ПЛИС после отказов в сложных и специальных условиях эксплуатации в настоящее время не предусматривается, хотя технологические предпосылки к этому уже созданы.

Поэтому объектом исследования являются конфигурируемые блоки ПЛИС FPGA.

Для повышения надёжности передачи и хранения информации производителями используется помехоустойчивое кодирование (вводится информационная избыточность). Повышение надёжности в смысле пассивной отказоустойчивости в настоящее время реализуется традиционными методами структурного резервирования (вводится аппаратурная избыточность). Активную отказоустойчивость сегодня предполагается реализовывать путём восстановления, например, памяти ПЛИС после отказов - путём исключения блоков с отказом (уменьшение адресного пространства), либо путём переадресации ячеек. Несмотря на потребность дальнейшего развития методов обеспечения отказоустойчивости, имеющиеся методы активной отказоустойчивости развиваются, по существу, обособленно от методов пассивной отказоустойчивости и не интегрируются для целей восстановления и сохранения структурного резерва при отказах.

Поэтому практической целью исследования является повышение отказоустойчивости конфигурируемых блоков ПЛИС путём восстановления логики.

Принципы отказоустойчивости рассматривались в работах Р. Хэмминга, Дж. фон Неймана, Д. Малера, А. Авижениса [23-30, 36]. Эти принципы были использованы и используются при создании систем управления военными, космическими комплексами [31-34]. Разработкой новых подходов к повышению надёжности цифровых элементов и узлов, в том числе на основе ПЛИС, занимаются в ИПУ РАН [41] (группа Каравая М.Ф.), ИЛИ РАН [35-40] (группа Степченко Ю.А., продолжающая исследования Варшавского В.И. в области самосинхронных схем), активно работают украинские учёные - группы Харченко B.C. [31-32], Хаханова В.И. [5, 6] и лр. Вопросы повышения надёжности исследовались также Пархоменко П.П., Согомоняном Е.С. [46, 62], Ткаченко A.B. [44-45], Харитоновым В.А. [42], Твердохлебовым В.А. [43], Тюриным С.Ф. [49-55] и др. В последние годы всё чаще говорят о «живучести», когда речь идёт об отказах, вызванных внешними поражающими воздействиями.

Однако научно-методический аппарат восстановления логики ПЛИС после отказов в настоящее время в полной мере не разработан.

Поэтому предметом исследования являются методы и модели создания отказоустойчивых конфигурируемых блоков - КБ ПЛИС на основе восстановления логики.

В 1996 г. Тюриным С.Ф. [49-51] были предложены элементы с избыточным базисом - так называемые функционально полные толерантные элементы, сохраняющие функциональную полноту при модели однократных константных отказов. Однако вопрос толерантности к модели замыканий рассмотрен не был. Детальная проработка и оценка моделей, методов и средств восстановления логики ПЛИС не была завершена.

Таким образом, необходимость развития методов и средств повышения отказоустойчивости (живучести) электронной компонентной базы обуславливает актуальность научной задачи исследования и разработки моделей и методик синтеза отказоустойчивых конфигурируемых блоков ПЛИС.

Цель работы - совершенствование научно-методического аппарата синтеза отказоустойчивых конфигурируемых блоков ПЛИС на основе элементов с избыточным базисом (функционально полных толерантных элементов).

Достижение поставленной цели обеспечивается постановкой и решением в диссертационной работе следующих задач:

- модификация и решение уравнения сохранения функциональной полноты элемента с четырьмя входами с учетом модели замыканий;

- совершенствование алгоритма представления произвольной булевой функции в функционально полном толерантном (ФПТ) базисе и остаточных базисах;

- разработка методики синтеза конфигурируемых блоков на основе ФПТ элементов.

Методы исследования: теория булевых функций и автоматов, комбинаторика, теория надёжности.

Основные положения, выносимые на защиту.

- повышение отказоустойчивости конфигурируемых блоков ПЛИС предлагается путём использования элементов с избыточным базисом -функционально полных толерантных элементов, сохраняющих функциональную полноту, как при модели однократных константных отказов входов, так и при модели замыканий двух входов;

- рекомендуется фиксирование остаточных базисов элементов после глубокого диагностирования имеющимися средствами ПЛИС для использования при переконфигурировании мелкозернистых ПЛИС;

- для крупнозернистых ПЛИС на основе ФПТ мультиплексоров целесообразно «деление» с выявлением и последующим использованием работоспособной доли либо самостоятельно, либо путём восстановления из отказавших мультиплексоров одного полного;

- предлагается усовершенствование пассивной отказоустойчивости на основе структурного резервирования (дублирование, мажоритирование, глубокое мажоритирование) путём использования в каждом канале скользящего резервирования с восстановлением элементов из отказавших, но сохранивших базис.

Научная новизна результатов:

- усовершенствована методика построения ФПТ функции, с помощью которой получено и решено уравнение сохранения функциональной полноты элемента с четырьмя входами с учетом модели замыканий переменных;

- установлено, что ФПТ функция Х1Х2 vxз.x;4 сохраняет базис и при модели замыканий двух переменных;

- впервые определены остаточные базисы для комбинированной модели отказов - константных однократных и замыканий двух переменных -16 базисов;

- усовершенствован алгоритм представления произвольной булевой функции в ФПТ базисе и новых остаточных базисах на основе предложенного правила инверсирования ортогональных конъюнкций и верификации результатов расчётов;

- разработана методика синтеза конфигурируемых блоков на основе ФПТ элементов и математических моделей активно и пассивно отказоустойчивой ПЛИС-ФПТ с переходом на остаточные базисы.

Достоверность исследования подтверждается проверкой результатов решения предложенного уравнения сохранения функциональной полноты с помощью разработанной программы, а также путём проверки соответствия полученных решений теореме Поста; верификацией представления булевых функций в заданных базисах путём вычисления соответствующих конъюнкций (решение обратной задачи); проверкой автоматически синтезированных схем с помощью схемотехнического моделирования в системе «Quartus II» фирмы Altera; использованием апробированного математического аппарата булевой алгебры, теории автоматов и теории надёжности.

Практическая значимость диссертации:

- разработаны алгоритм и программа решения логического уравнения сохранения функциональной полноты;

- разработана программа автоматизированного синтеза комбинационной схемы в ФПТ базисе и остаточных базисах, позволяющая ускорить построение схемы и оценить сложность реализации и коэффициент готовности;

- предложена линейка вариантов реализации восстанавливаемой логики на основе избыточных базисов элементов, позволяющих повысить отказоустойчивость цифровых схем:

- разработаны технические решения типовых комбинационных схем в новом ФПТ базисе, обеспечивающем снижение сложности типовых схем.

Таким образом, разработанные в диссертации теоретические положения и методики синтеза и анализа КБ ПЛИС позволяют повысить отказоустойчивость ПЛИС за счёт восстановления логики.

Реализация результатов работы. Полученные результаты внедрены в ОАО «СТАР» (г. Пермь), ЗАО «ИВС» (г. Пермь) и используются на кафедре «Автоматика и телемеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета при преподавании дисциплин «Надёжность систем автоматизации» и «Основы схемотехники», а также на кафедре «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» Пермского военного института внутренних войск МВД России при преподавании дисциплин «Теория автоматов», «Схемотехника ЭВМ».

Апробация работы. Основные теоретические и прикладные результаты диссертационной работы докладывались на следующих научно-технических конференциях: Всероссийской научно-технической конференции «Информация, инновации, инвестиции» (Пермь, 2006), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (Пермь, 2007, 2008), Международной научно-технической конференции «Dependable Systems, Services and Technologies (DeSSerT)» (Украина, Кировоград, 2007, 2009), Международной интернет-конференции «Инновационные технологии: теория, инструменты, практика» (Пермь, 2010), Международной научно-технической конференции «Вычислительный интеллект» (Украина, Черкассы, 2011).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 17 научных работах, в том числе в двух статьях в рецензируемых научных изданиях, входящих в Перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 81 наименование и притюжения. Основная часть работы изложена на 167 страницах машинописного текста и содержит 97 рисунков и 76 таблиц. Приложения включают программы математического моделирования, результаты опытной эксплуатации и акты внедрения результатов работы.

Выводы по главе 4

1. Линейка вариантов реализации восстанавливаемой логики на основе избыточных базисов элементов может быть следующей:

A. Для мелкозернистых ПЛИС с небольшим числом отказов (один-два) при наличии резерва времени - фиксация остаточных базисов элементов после глубокого диагностирования (выявляющего базис каждого элемента) для использования при переконфигурировании. В случае массированных отказов и ограничений по времени целесообразен поиск общего базиса элементов, либо общего базиса подмножества элементов.

Б. Для крупнозернистых ПЛИС на основе ФПТ мультиплексоров целесообразно «деление» с выявлением и последующим использованием работоспособной доли либо самостоятельно, либо путём восстановления из отказавших мультиплексоров одного полного.

B. Пассивную отказоустойчивость на основе структурного резервирования (дублирование, мажоритирование, глубокое мажоритирование) возможно усовершенствовать путём использования в каждом канале скользящего резервирования с восстановлением элементов из отказавших, но сохранивших базис - таких элементов необходимо не более четырёх. Такой вариант может быть назван пассивно-активной отказоустойчивостью.

2. Восстановление логики позволяет повысить коэффициент готовности ПЛИС-ФПТ порядка на 15-20 % от максимально возможного выигрыша.

3. Поиск оптимального варианта резервирования пассивно-активной отказоустойчивой ПЛИС-ФПТ целесообразен путём использования методики наискорейшего спуска с учётом новых предложенных вариантов резервирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате исследования решена научная задача совершенствования научно-методического аппарата синтеза отказоустойчивых конфигурируемых блоков ПЛИС на основе элементов с избыточным базисом (функционально полных толерантных элементов).

Модифицировано (с учетом модели замыканий) и решено уравнение сохранения функциональной полноты элемента с четырьмя входами.

Усовершенствован алгоритм представления произвольной булевой функции в функционально полном толерантном (ФПТ) базисе и остаточных базисах.

Разработана методика синтеза конфигурируемых блоков на основе ФПТ элементов.

В диссертации разработаны научные подходы, алгоритмы и программы, обеспечивающие надежность функционирования устройств вычислительной техники и систем управления, реализованных на ПЛИС.

Полученные результаты создают предпосылки для создания так называемых компьютеров высокой надежности (КВН), в которых рабочие, контрольные и восстановительные процессы являют единое целое, которые могут функционировать без технического обслуживания и ремонта в течение всего срока эксплуатации. Это, например, необходимо для аппаратуры управления космическими, авиационными, военными комплексами, опасными технологическими процессами, атомными электростанциями, в сельском хозяйстве - для перспективных интеллектуальных компьютерных систем в растениеводстве, животноводстве в районах со сложными климатическими условиями, удаленных от центров обслуживания, при возможной низкой квалификации обслуживающего персонала.

В последние годы в связи с участившимися техногенными катастрофами, террористическими актами появились термины «катастрофоустойчивость», «катастрофобезопасность». Анализ тенденций развития науки и технологии показывает, что интеллектуальная цифровая аппаратура новой информационной цивилизации будет обладать способностью самовосстановления, адаптации к отказам и повреждениям, например, путем отключения пораженных участков и реализации требуемых функций на оставшемся количестве элементов с возможным допустимым замедлением скорости.

Таким образом, диссертационная работа вносит существенный вклад в совершенствование теоретической и технической базы средств вычислительной техники и систем управления, обладающих повышенной отказоустойчивостью, что обеспечивает ускорение научно-технического прогресса и имеет важное народно-хозяйственное и оборонное значение.

Дальнейшие исследования, по мнению автора, целесообразно продолжить в следующих направлениях:

- детальной проработки алгоритмов и программ поиска базисов мелкозернистых ПЛИС;

- использования избыточных базисов для диагностики логики ПЛИС;

- использования новых предложенных подходов для повышения «выхода годных» ПЛИС в частности и СБИС вообще;

- исследования вопроса синтеза последовательностных схем на основе восстанавливаемой логики, в том числе с учётом временных характеристик.

Перспективным на взгляд автора также является:

- разработка программ автоматического формирования БШР файла конфигурации в ФПТ базисе, а также формирование УНБЬ файла;

- синтез в ФПТ базисе не только для отдельных функций, но и для систем функций;

- внедрение разработанных подходов в электронной промышленности РФ и других стран.

1. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учебное пособие для вузов / Е.П. Угрюмов. 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: БХВ-Петербург, 2007. - 800 с. Рынок ПЛИС и ПЛМ развивается динамичнее всех. Электронный ресурс. -URL: http://wwwlO.edacafe.com.

2. ПЛИС Actel основа при реализации "SoC" бортовой аппаратуры. Электронный ресурс. - URL: http://www.iclothes.ru/State3.html.

3. Actel FAQ Электронный ресурс. URL: http://www.actel.ru/publics/54-actelfaq.html.

4. Хаханов В.И. Инфраструктура диагностического обслуживания SoC. Вестник Томского университета 2008, №4(5) Электронный ресурс. -URL: http://sun.tsu.ru/mminfo/000063105/inf/05/image/05-074.pdf.

5. Парфентий А.Н., Хаханов В.И., Литвинова Е.И. Модели инфраструктуры сервисного обслуживания цифровых систем на кристаллах // АСУ и приборы автоматики. 2007. Вып. 138. С. 83 99.

6. Каршенбойм И. JTAG-тестирование (часть 1) //Современная электроника. 2007. №2, с. 12-15.

7. Yervant Z. Gest editors' introduction: Design for Yield and reliability / Z. Yervant, G. Dmytris // IEEE Design & Test of Computers. May-June 2004. -Pp. 177-182.

8. Results of the SER Test of Actel, Xilinx and Altera FPGA instances Электронный ресурс. URL: http://www.actel.com/documents/ RadResultsIRO Creport.pdf.

9. Уваров С.С. Проектирование реконфигурируемых отказоустойчивых систем на ПЛИС с резервированием на уровне ячеек // Автоматика и телемеханика.2007. №9. С. 176-189.

10. Телец В., Цыбин С., Быстрицкий А., Подъяпольский С. ПЛИС для космических применений. Архитектурные и схемотехническиеособенности Электронный ресурс. URL: http://www.electronics.ru/ issue/2005/6/9.

11. Словарь научно-технических терминов. Электронный ресурс. URL: http ://alldict.m/index.php?action=find&sicN 1 &searchtext=stuck.

12. Chess Brian, Larrabee Tracy. Generating Test Patterns for Bridge Faults in CMOS ICs. Santa Cruz: Department of Computer Engineering, University of California 1994.

13. Computation error tolerance in motion estimation algorithms. Hye-Yeon Cheong, In Suk Chong and Antonio Ortega. Электронный ресурс. URL: http:^iron.usc.edu/~ichong/ICIP06final.pdf.

14. Nanometer test quarterly, June 2004. Электронный ресурс. URL:http://www.cadence.com/newsletters/nanometertest/nanometertest0504 newsletter.pdf.

15. Шерстнёв A.E. Применение программируемых логических интегральных схем для решения задачи автоматической генерации тестовых кодов/ Электронный ресурс. URL: http://www.mcst.ru/doc/Thesis091203/ SherstnevAEVPVS01-FRTK.pdf.

16. Ефимов И.Е., Козырь И.Я. Основы микроэлектроники. Учебник для вузов. -М.: Лань,2008. 364 с.

17. Микроэлектроника: Учеб. пособие для втузов. В 9 кн. / Под ред. Л.А. Коле-дова / Кн. 5 И.Я. Козырь. Качество и надёжность интегральных микросхем. М.: Высш. шк.,1987. - 144 е.: ил.

18. Соколов И.А., Степченков Ю.А., Петрухин B.C., Дьяченко Ю.Г., Захаров В.Н. Самосинхронная схемотехника перспективный путь реализации аппаратуры. - Наукоемкие технологии 5-6, 2007, т. 8. С. 61-72.

19. Электронный ресурс. URL: http://en.academic.rU/dic.nsf/enwiki/l 159224.

20. Электронный справочник «Надежность электрорадиоизделий». Решение правительства РФ № 980-66 от 16.12.92 г. Электронный ресурс. URL: http://www.kodges.ru/83340-nadezhnost-yelektroradioizdelij-spravochnik.html.

21. Michael L. Bushnell, Vishwani D. Agrawal Essentials of electronic testing for digital, memory and mixed-signal VLSI circuits. Kluwer Academic Publishers. 2000. 690 c.

22. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике Основные понятия. Термины и определения. М.: Издательство стандартов. 1990. - 42 с.

23. Надежность и эффективность в технике. Справочник в Ют. / Ред. совет: B.C. Авдуевский (пред.) и др. Т. 1. Методология. Организация. Терминология/ Под ред. А.И. Рембезы. М.: Машиностроение, 1989. -224 с.

24. Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. /Ред. совет: B.C. Авдуевский (пред.) и др. Т. 2. Математические методы в теории надежности и эффективности / Под ред. Б.В. Гнеденко. М.: Машиностроение, 1987. - 280 с.

25. Питерсон У., Коды, исправляющие ошибки. Пер. с англ. М., 1964. - 340 с.

26. J. Von Neumann. Probabilistic Logic and the Synthesis of Reliable Organisms from Unreliable Components. Automata Studies, C. Shannon and J. McCarthy (eds). Princeton University Press, 1956, pp. 43-98.

27. Avizienis A. Fault-Tolerance: The survival attribute of digital system / A. Avizienis//Proc. of the IEEE. 1978.-Vol. 66, № 10.-Pp. 1109-1125.

28. Avizienis A., Laprie J.-C. Dependable Computing: From Concepts to Application // IEEE Trans, on Computers. 1986. - №74 (5). - Pp. 629-638.

29. Avizienis A. Basic Concepts and Taxonomy of Dependable and Secure Computing / Avizienis A., Laprie J.-C., Randell В., Landwehr C. // IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing, vol. 1, № 1, 2004. -Pp. 11-33.

30. Харченко B.C. Гарантоздатш системи та багатоверсшш обчислення: аспекти еволющУ /Харченко B.C. //Радюелектронш i комп'ютерш системи. 2009. №7,-С. 46-59.

31. Харченко B.C. Научно-методические результаты в области развития гарантоспособных систем /Харченко B.C. //Радюелектронш та комп'ютерш системи, 2009. №4. - С. 24-33.

32. Бородин В.А. и др. Отказоустойчивые вычислительные системы. МО СССР, 1990.-С. 55.

33. Айзенберг Я.Е., Ястребенецкий М.А. Сопоставление принципов обеспечения безопасности систем управления ракето-носителями и атомными электростанциями // Косм1чна наука та технолопя, 2002, № 1. -С. 55-60.

34. Исследование нетрадиционных подходов к созданию компьютеров гарантированно высокой надежности /Филин A.B., Степченков Ю.А., Петрухин B.C., Гринфельд Ф.И. //Вып.5 /РАН. Ин-т пробл.информатики. -М., 1993. С.181-196.

35. Muller D.E., Bartky W.C. A theory of asynchronous circuits // Proc. Int. Symp. on the Theory of Switching, Part 1. Harvard: Harvard University Press, 1959. Pp. 204-243.

36. Апериодические автоматы: Под редакцией Варшавского В.И. М.: Наука, 1976.-С.304.

37. Степченков Ю.А., Денисов А.Н., Дьяченко Ю.Г., Гринфельд Ф.И., Фили-моненко О.П. Библиотека самосинхронных элементов для проектирования полузаказных микросхем серий 5503 и 5507. М.: ИПИ РАН, 2008, 238 с. ISBN 978-5-902003-52-2.

38. Плеханов Л.П. Синтез комбинационных самосинхронных электронных схем // Системы и средства информатики. Вып 14. М.: Наука, 2004. -С. 292-304.

39. Плеханов Л.П. Базовые элементы самосинхронных схем КМДП-тех-нологии // Системы и средства информатики. Вып 11. М.: Наука, 2001. -С. 316-320.

40. Каравай М.Ф. Инвариантно-групповой подход к исследованию к-отказо-устойчивых структур // Автоматика и телемеханика. 2000. № 1. С. 144 156.

41. Харитонов В.А. Основы теории живучести функционально избыточных систем. Препринт № 170. РАН. Санкт-Петербург, 1993. - С.60.

42. Твердохлебов В.А. Геометрические образы поведения дискретных детерминированных систем. /Журнал «Радю-електронш i комп'ютерш системи» / Харюв. №5. 2006. С. 161-165.

43. Ткаченко A.B. Отказоустойчивые структуры в корректирующих счислениях // Автоматика и телемеханика, 1993. № 1. - С.154-166.

44. Ткаченко A.B. Представление, коррекция и обработка избыточных счислений // Автоматика и телемеханика, 1991. № 12. - С.138-148.

45. Пархоменко П.П. Основы технической диагностики / П.П. Пархоменко, Е.С. Согомонян/- М.: Энергоиздат, 1981. 321 с.

46. Надежность и диагностика компонентов инфокоммуникационных и информационно-управляющих систем: учеб. пособие / E.JI. Кон, М.М. Кулагина. -Пермь: Перм. гос. техн. ун-т, 2011. 10 с.

47. Тюрин С. Ф. Функционально полные толерантные булевы функции / С. Ф. Тюрин // Наука и технология в России. 1998. - № 4. - С. 7-10.

48. Тюрин С. Ф. Синтез адаптируемой к отказам цифровой аппаратуры с резервированием базисных функций / С. Ф. Тюрин // Приборостроение. -1999. № 1. С. 36-39.

49. Тюрин С. Ф. Адаптация к отказам одновыходных схем на генераторах функций с функционально полными толерантными элементами / С. Ф. Тюрин // Приборостроение. 1999. - № 7. С. 32-34.

50. Тюрин С. Ф. Проблема сохранения функциональной полноты булевых функций при «отказах» аргументов / С. Ф. Тюрин // Автоматика и телемеханика. 1999. -№ 9. С. 176-186.

51. Пат. 2146840 Российская Федерация. Программируемое логическое устройство Текст. / Тюрин С.Ф., Несмелов В.А., Харитонов В.А. и др. Опубл. БИ № 8. 2000 г.

52. Тюрин С.Ф., Харченко B.C., Тимонькин Г.Н., Мельников В.А. Программно-аппаратная реализация логических алгоритмов в микропроцессорных системах //Зарубежная радиоэлектроника. 1992, № 2. -С.24-36.

53. Тюрин С.Ф., Тимонькин Г.Н., Харченко B.C. Методы аппаратной поддержки логических алгоритмов в микропроцессорных системах // Управляющие системы и машины. 1993, № 1. - С.55-63.

54. Основи надшност1 цифрових систем. Пщручник/ За ред. Харченка B.C., Жихарева В.Я. Харюв: Мшютерство осв1ти та науки, 2004. - 572 с.

55. Дементьев В.А., Крылов J1.H., Осипов В.П., Павлов Г.А., Прокошев JI.A. Теория и синтез дискретных автоматов. МО СССР, 1979. - С. 379.

56. Евреинов Э.В., Косарев Ю.Г. Однородные универсальные вычислительные системы высокой производительности. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1966. - 308 с.

57. Евреинов Э.В., Прангишвили И.В. Цифровые автоматы с настраиваемой структурой. М.: Энергия, 1976. - 240 с.

58. Пупырев Е.П. Перестраиваемые автоматы и микропроцессорные системы. -М.: Наука, 1984.-С. 191.

59. Нейрокомпьютеры с программируемой архитектурой / Каляев А.В., Бокач В.И. // Многопроцессорные вычислительные структуры. 1990. -№ 12.-С. 4-9.

60. Согомонян Е.С., Слабаков Е.В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. М.: Радио и связь, 1984. - 206 с.

61. Тюрин С.Ф., Харченко B.C. Автоматно-базисный подход к созданию естественно надежных и безопасных систем // Системи обробки шформаци, випуск 9(90), 2010, с. 115-119.

62. Греков A.B., Тюрин С.Ф., Ольт Г.О. Алгоритм поиска работоспособных элементов в отказоустойчивых цифровых схемах // Научно-технический журнал «Радиоэлектронные и компьютерные системы». Харьков: «ХАИ», 2009, № 6(40), с. 46-49.

63. Греков A.B., Тюрин С.Ф., Ольт Г.О. Поиск работоспособных подмножеств элементов в отказоустойчивых цифровых схемах. Системы мониторинга и управления. Сборник научных трудов. Пермь: Пермский государственный технический университет, 2009, с. 102-107.

64. Греков A.B., Тюрин С.Ф., Дудин Я.В. Анализ вариантов реализации функционально полного толерантного элемента. Системы мониторинга и управления. Сборник научных трудов. Пермь: Пермский государственный технический университет, 2010, с. 108-118.

65. Тюрин С.Ф., Громов O.A., Греков A.B. Функционально полный толерантный элемент ФПТ+ // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. № 1(115), 2011.-С. 24-31.

66. Тюрин С.Ф., Греков A.B., Громов O.A. Определение функционально полных толерантных булевых функций четырёх аргументов с учётом модели замыканий переменных // Доклады Академии военных наук. №5 (49), 2011. Саратов: 2011.-С. 35-44.