DE3009355C2 - Redundante Rechenanlage - Google Patents
Redundante RechenanlageInfo
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- G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
- G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
- G06F11/16—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
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Description
gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
g) roh der Ausgabeeinrichtung (Ai, A 2) jedes
Rechners (Ri, R 2) ist ein rückgekoppeltes Scbuberegister (SR 1, SR 2) verbunder in das
die Verarbeitungsergebnisse seriell ein^ ^ eben
werden,
h) nach Eingabe von jeweils vorgegebenen, die Kapazitäten der Schieberegister (SRU SR2)
übersteigenden Datenmengen erfolgt der Datenvergleich zwischen den in den Schieberegistern
(SR 1, SR 2) befindlichen Daten in mindestens zwei Rechnern (R 1, R 2) oder in einer
externen Vergleichseinrichtung.
2. Rechenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Prüfung des Inhaltes duplizierter Speicher der Rechenanlage erfolgt, daß dabei
die Speicherinhalte <όπ deu Rechnern (R 1, R 2) ausgelesen
und über die Äecr ierausgaben (Ai, A 2) seriell
in die rückgekoppelten Schieberegister (SR i. SR 2) eingegeben werden und daß die nach Eingabe
von vorgegebenen, die Kapazitäten der Schieberegister übersteigenden Datenmengen in die Schieberegister
in diesen befindlichen Daten miteinander verglichen werden.
3. Rechenanl2ge nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinrichtung
(E 1 , E 2) jedes Rechners (R 1, R 2) mit dem Eingang des zugehörigen rückgekoppelten
Schieberegisters (SR 1, SR 2) verbunden ist. daß in die rückgekoppelten Schieberegister auch die den
Eingabeeinrichtungen zugeführten Informationen mit eingegeben werden, und daß auf diese Wc'.se
beim Vergleich der in den Schieberegistern stehenden Daten die Prüfung der in die Eingabeeinrichtungen
eingegebenen Informationen mit eingeschlossen ist.
ein Mchrheitsentscheid durchgeführt, wenn voneinander
abweichende Ergebnisse festgestellt wurden. In einem in der DE-PS 21 08 496 beschriebenen Dreirechnersystem
werden die den Vergleich und den Mehrhehsentscheid bewerkstelligenden Einrichtungen in regelmäßigen
Zeilabständen durch die Ausgabe absichtlich gefälschter Bits geprüfL
ViK die Empfindlichkeit solcher Mehrrechnersysteme
gegenüber induktiven Einstreuungen herabzusetzen, ίο wird in einem in der DE-AS 27 25 922 beschriebenen
Mehrrechnersyslem von einer streng synch Onen Arbeitsweise
abgegangen und ein zeitlicher Versatz im Ablauf der Rechnerprogramme herbeigeführt. Zum
Vergleich und Mehrheitsentscheid müssen die Rechner dann aufeinander warten, was zusätzliche Rechenzeit
erfordert. In der DE-OS 28 13 079 schließlich, ist ein
Mehrrechnersyslem beschrieben, in dem diese zusätzliche Rechenzeil wesentlich reduziert ist
Bei den zuletzt genannten Rechnersystemen erfolgt ■m der Vergleich der Verarbcitungsergebnissp bitparailei
in einer besonderen, signaltechnisch sicheren Vergleichsschaltung. Diese besondere, sichere Vergleichsschaltung
(sicherer Hardware-Vergleicher) kann eingespart werden, wenn ein z. B. in der DE-OS 23 03 828
beschriebener, sogenannter Software-Vergleich durchgeführt
wird. Hier tauschen die Rechner die von ihnen ermittelten Ergebnisse untereinander aus und jeder
Rechner vergleicht dann sein eigenes Ergebnis mit dem der Nachbarrech'ier. Bei einem solchen Software-Vergleich
kann die auszutauschende Datenmenge bei dichter Vergleichsfolge sehr groß werden, insbesondere,
wenn nicht nur die Verarbeitungsergebnisse der Rechner, sondern auch andere wichtige Informationen, wie
χ. B. Rechnereingaben oder Speicherinhalte durch Verjr>
gleich geprüft werden sollen, kann die austauschende Datenmenge rasch so groß werden, daß der Datenaustausch
einen beachtlichen Teil der Rechnerkapazität in Anspruch nimmt.
In anderem Zusammenhang ist unter dem Stichwort »Signaturanalyse" ein Verfahren zur Funktionsprüfung
komplexer digitaler Schallungen bekannt — siehe z. B. Hewlett Packard, Application Note 22-1 —, bei welchem
einwandfreies Arbeiten der betreffenden Schaltungen durch Auswertung von an bestimmten Schaltungspunkten
auftretenden Datenströmen überprüft wird. Dabei wird eine während eines genau definierten
Arbeitsabschnittes an der Überwachungsstelle auftretende Datenmenge seriell in ein rückgekoppeltes Schieberegister
eingegeben. Dieses Schieberegister, bei dem bestimmte Bitstellen des Parallelausganges auf den seriellen
Eingang rückgekoppelt sind und ihr Inhalt dem einlaufenden Informationsbit modulo-2 zuaddiert wird,
verknüpft die einlaufenden Daten fortlaufend zyklisch mil einige Takte zuvor eingegebenen Daten so. daß
auch eine die Kapazität des Schieberegisters weit übersteigende
Datenmenge nach Eingabe in das Schiebere-
Die Erfindung betrifft eine Rechenanlagc nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Steuerung von Schienenfahrzeugen, aber auch aus anderen Bereichen der Technik, in denen es auf
höchstmögliche Sicherheit der Datenverarbeitung ankommt, sind redundante Mehrrechnersysteme bekannt,
boi denen alle Ergebnisse in zwei öder mehr voneinander
unabhängigen Rechnern parallel erarbeitet und miteinander
verglichen werden. Bei Einsatz von mehr als zwei voneinander unabhängigen Rechnern wird häufig
ISU3l.II VCI -
ändcrt zurückläßt.
Dieser Inhalt, die reduzierte Datenmenge, wird mit
M) einem abgespeicherten Sollwcri verglichen und stimmt
mil diesem übercin, sofern die eingegebenen Daten fehlerfrei waren. Die Verwendung rückgekoppelter .Schieberegister
zur Kcduiidüiizbildung und -prüfung (zyklische Codes) ist auch zum Zweck der Datensicherung auf
H5 Diitcnübcrlriiguiigsstreckcn bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kcchuniinkigc mit mehreren Rechnern eine signalicchnisch
sichere Informationsverarbeitung mit wenig Auf-
wand zu ermöglichen.
Soweit die Rechenanlage nach der Erfindung dazu
nicht die allgemein bei redundanten Rechnersystemen verwendeten Bestandteile in üblicher Funktion verwendet,
ist die Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil 5
des Patentanspruchs J angegebenen Merkmale gekennzeichnet Die so ausgestalte Rechenanlage hat den Vorteil,
daß infolge der Datenreduktion in den rückgekoppelten Schieheregistern der Zeitaufwand für den Vergleich
verringert wird, so daß dadurch nicht die für andere Aulgaben dringend benötigte Rechnerkapazilät
unverhältnismäßig verkleinert wird und sogar ein Software-Vergleich in dichterer zeitlicher Folge ermöglicht
wird.
Bei Rechenanlagen mit mehreren Rechne, .. in denen
der Datenvergleich nicht in den Rechnern selbst, sondern in einer externen Vergleichseinr'.chlung stattfindet,
gestattet die Erfindung den Eins?*-· wesentlich einfacherer
und weniger leistungsfähiger Vergleichseinrichtungen.
Eine Weiterbildung der Rechenanlage nach der Erfindung
ist durch die Merkmaie des Palentanspruchs 2 gekennzeichnet
Sie erlaubt eine Einbeziehung wichtiger, nicht von den Rechnern erarbeiteter Informationen ohne
eine Erhöhung der zwischen den Rechnern auszutausehenden Datenmengen.
Eine andere Weiterbildung der Rechenanlage nach der Erfindung ist im Patentanspruch 3 beschrieben.
Anhand einer Figur soll im folgenden ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Rechenanlage bnschrieben werden. In der Figur ist ein redundante?
Zweirechnersystem dargestellt, bestehend aus zwei Rechnern R 1 und R 2 mit Eingaberegistern E1. £2 und
Ausgaberegistern A 1, A 2, einer Auswahl- und Durchschalteeinrichtung
AD und zwei rückgekoppelten Schieberegistern SR 1, SR 2, von denen jedes einem der
Rechner zugeordnet ist. Die zu verarbeitenden Daten werden den Rechnern über ihre Eingänge parallel zugeführt
Dies kann zeitversetzt oder synchron erfolgen. Die an den Rechnerausgängen anstehenden Verarbeitungsergebnisse
werden erst dann von der Auswahl- und Durchschalteeinrichtung A D zur weiteren Verwertung
freigegeben, wenn ihre Obereinstimmung geprüft worden i-st Hierzu tauschen die Rechner bei einem Software-Vergleich
nach dem Stand derTechnik ihre Vcrarbeitungsergebnisse
untereinander aus und jeder Rechner vergleicht die vom Nachbarrechner erhaltenen Daten
mit den von ihm selbst ermittelten. Ergibt ein besonderes Signal an die Auswahl- und Durchschalteeinrichtung
ab, wenn der Vergleich Übereinstimmung ergibt. Um nicht alle an den Rerhnerausgängen anstehenden
Daten aastauschen zu müssen, was infolge der großen Datenmengen viel Zeit erfordern würde, werden bei der
Rechen* nlage nach der Erfindung die von jedem Rechner
erarbeiteten Datin seriell über Vcrbindnngclpimn. «
gen 1,2 dem zum jeweiligen Rechner gehörenden rückgekoppelten Schieberegister SR I1 SR 2 zugeführt. Die
rückgekoppelten Schieberegister verknüpfen die eingegebenen Daten zyklisch mit einem aus der Informationstheorie
bekannten Polynom und führen auf diese w> Weise eine Daterireduktion durch. Bei einer Hamming-Distanz
von Ή = 4 können mit einem 16 Bit Schieberegister auf diese Weise über 32 000 Bit gesichert werden.
Der Vergleich erfolgt nach Eingabe von jeweils bis zu 32 000 Bit zwischen den 16 Bit-Worten der Schieberegi- t.5
ster. Zum Vergleich werden die Schieberegister über Datenleitungen 3,4 von den Rechnern abgefragt.
Der Vergleich zur Datensicherung braucht .sich nicht
auf die Verarbeitungsergebnisse der Rechner zu beschränken. Es können z. B. auch über Verbindungdeitungen
5 und 6 die in den Eingaberegistera Ei, El
stehenden Daten den Schieberegistern zugeführt werden und es kann auf diese Weise überprüft werden, ob
während der Dateneingabe — etwa durch induktive Einstreuung — eine Verfälschung der zu verarbeitenden
Information erfolgt ist.
Die Daten aus den Eingaberegistera brauchen dabei nicht notwendig getrennt von den Verarbeitungsergebnissen
der Rechner geprüft zu werden, sie können auch vermischt mit Verarbeitungsergebnissen in die Schieberegister
eingegeben werden. Die Eingabe muß lediglich bei beiden Schieberegistern in dergleichen Reihenfolge
erfolgen und die maximal zulässige zu reduzierende Datenmcngc (32 000 Bit) darf nicht überschritten werden.
Mit Hilfe der rückgekoDpelien Schieberegister kann
auch eine Prüfung der information von in der Rechenanlagc enthaltenen, in der Figur nicht dargestellten
Speichern vorgenommen werden. Die in Festwertspeichern enthaltenen Daten werden hierii-j von den Rechnern
ausgelesen und über deren Ausgaberegister den Schieberegistern zugeführt Der Vergleich der reduzierten
Daten erfolgt wie bei der Prüfung der Verarbeitungsergebnisse, durch die Rechner. Um die Funktionsfähigkeit von Schreib-Lese-Speichern (RAM's) zu prüfen,
werden diese nach einem Prüfprogramm geladen und der Inhalt anschließend wie bei den Festwertspeichern
geprüft Bei Festwertspeichern besteht die Möglichkeit, zusätzlich zum Vergleich der reduzierten Datenmengen,
wie bei der Signaturanalyse, einen Vergleich dieser Daten mit einem fest abgespeicherten
Prüfwert durchzuführen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn defekte Festwertspeicher gegen lang gelagerte,
vorprogrammierte Ersatzbauelemente ausgewechselt werden müssen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Rechenanlage
a) mit mindestens zwei Rechnern,
b) mit einer Eingabeeinrichtung je Rechner.
c) mit einer Ausgabeeinrichtung je Rechner,
d) bei der die Rechner alle Ergebnisse parallel erarbeiten.
e) bei der eine Prüfung von Verarbeitungsergebnissen durch Datenvergleich erfolgt,
f) und bei der ein die erarbeiteten Daten freigebendes Signal erzeugt wird, wenn sich beim Datenvergleich
Obereinstimmung ergibt,
Priority Applications (5)
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DE19803009355 DE3009355C2 (de) | 1980-03-12 | 1980-03-12 | Redundante Rechenanlage |
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ID=6096896
Family Applications (1)
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DE102009054637A1 (de) * | 2009-12-15 | 2011-06-16 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betreiben einer Recheneinheit |
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1981
- 1981-03-06 CH CH151181A patent/CH652838A5/de not_active IP Right Cessation
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Also Published As
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