DE3208573A1 - 2 aus 3-auswahleinrichtung bei einem 3-rechnersystem - Google Patents

Description

• 2 aus 3-Auswahleinrichtung bei einem
• 3-Rechnersystem Die Erfindung betrifft eine Auswahleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Solche Einrichtungen werden in Rechnersystemen benötigt, in denen sicherheitskritische Information von mehreren Einzelrechnern parallel verarbeitet wird und die Verarbeitungsergebnisse erst ausgegeben werden, wenn sie von einer Mehrheit der Einzel rechner identisch vorliegen.
• So ist z.B. aus der DE-OS 21 08 496 (insbesondere Figur 2) eine Schaltungsanordnung bekannt, in der die Ausgaben dreier parallel arbeitender Rechner in Vergleichsschaltungen paarweise miteinander verglichen werden. Die Vergleichsergebnisse werden einer Steuerschaltung zugeführt, die einen Mehrheitsentscheid durchführt. Entsprechend dem Ergebnis des Mehrheitsentscheides wird eine Durchschalteinrichtung so angesteuert, daß immer nur diejenige Information auf ubertragungskanäle ausgegeben wird, die von einer Mehrheit der Rechner erarbeitet wurde. Die Ausgänge der Vergleichsschaltungen und der Steuerschaltung sind auf die Rechner zurückgeführt, so daß die einwandfreie Funktion dieser Schaltungste-ile von den Rechnern überwacht werden kann. Eine solche Schaltungsanordnung ist geeignet für Schaltungsanwendungen, bei denen nur wenige Ausgänge, z.B.
• serielle Datentelegrammausgänge, zur Ausgabe der Verarbeitungsergebnisse der Rechner benötigt werden. Der Aufwand für Vergleicher und Umschalteinrichtungen ist bei solchen Schaltungseinrichtungen etwa proportional der Zahl der benötigten Ausgänge, was besagt, daß bei Anwendungen mit einer großen Zahl von Ausgängen, z.B. bei Einsatz von Mikrprechnern, der Aufwand für eine nach Art der in der DE-OS 21 08 496 beschriebenen Schaltungsanordnung aufgebauten Vergleichs- und Mehrheitsentscheidungsschaltung unverhäLtnismäßig hoch wäre.
• Es ist ferner bekannt (siehe z.B. DE-OS 30 09 355, insbesondere Seite 3), den jeder Mehrheitsentscheidung notwendigerweise vorausgehenden paarweisen Vergleich der Verarbeitungsergebnisse von den Rechnern selbst vornehmen zu lassen. Die Rechner tauschen hierzu ihre Ergebnisse oder, wie in der DE-OS 30 09 355 weiter beschriebeg aus diesen Ergebnissen gewonnene, reduzierte Datenmengen aus.
• Wie in diesem Falle ein bei drei Rechnern möglicher Mehrheitsentscheid und eine sichere Ausgabe der von der Rechnermehrheit erarbeiteten Ergebnisse erfolgen kann, geht aus der genannten Druckschrift nicht hervor.
• Eine solche 2 aus 3-Auswahischaltung, die einen Mehrheitsentscheid und eine solche signaltechnisch sichere Ausgabe des von der Rechnermehrheit erarbeiteten Ergebnisses gestattet, ohne aufwendige, signaltechnisch sichere Schaltungsbauteile zu verwenden, stellt dagegen die Erfindung dar. Sie wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 beschrieben.
• Die Auswahleinrichtung nach der Erfindung eignet sich ganz besonders gut für den Einsatz zusammen mit Mikrorechnern, die eine große Zahl von Ausgängen aufweisen. Dadurch, daß kein paarweiser Vergleich der Verarbeitungsergebnisse mehr außerhalb der Rechner durchgeführt werden muß, fallen die sonst notwendigen,umfangreichen Vergleichsschaltungen weg.
• Von den Umschaltern werden nicht die einzelnen Ausgänge, sondern die Ausgangssammelleitungen umgeschaltet, so daß der Ausbau der Umschalter nicht mehr von der Zahl der Ausgänge abhängt.
• Eine Ausgestaltung der Auswahleinrichtung nach der Erfindung ist in Anspruch 2 beschrieben und betrifft eine für ein Mikrorechnersystem geeignete Majoritätsschaltung.
• Eine weitere Ausgestaltung betrifft die Zuordnung der Rechnerausgänge zu den Umschaltern. Mit ihr wird in Verbindung mit einer in Anspruch 4 angegebenen, besonderen Aufbe r ei t ung der an den Rechner ausgaben anstehenden Verarbeitungsergebnisse maximale Sicherheit mit einer besonders einfachen Umschalterkonfiguration erreicht.
• Eine weitere zusätzliche Sicherung der auszugebenden Information ergibt sich mit einer in Anspruch 5 beschriebenen Weiterbildung der Auswahleinrichtung nach der Erfindung.
• Diese Weiterbildung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ohnehin eine Ausgabe von Verarbeitungsergebnissen der Rechner auf serielle Kanäle vorgesehen ist.
• Anhand einer Figur soll nun ein Ausführungsbeispiel der Auswahlschaltung nach der Erfindung eingehend beschrieben werden und seine Funktion erklärt werden.
• Die Figur zeigt drei Rechner R1 ... R3, beispielsweise Mikrorechner mit abschaltbaren Ausgaben Al ... A3 und Vergleic#isdaten-Eingaben El ... E3. Alle Rechner erhalten über nicht dargestellte Datenleitungen gleiche Nutzinformationen zugeführt und verarbeiten diese parallel. Sie besitzen voneinander unabhängige Taktgeber und arbeiten deshalb im allgemeinen asynchron. Ein nach jedem Programmabschnitt an der Ausgabe Al ... A3 jedes Rechners anstehendes Verarbeitungsergebnis wird einer alLen drei Rechnern gemeinsamen Umschaltlogik UL und außerdem den Vergleichsdaten-Eingaben der beiden Nachbarrechner zugeführt. Letztere lesen das Verarbeitungsergebnis ein und vergleichen es mit dem selbst gewonnenen Verarbeitungsergebnis. Das Ergebnis des VergLeichs wird über eine Vergleichsaussageleitug VA einer Mehrheitsentscheidungsschaltung MS zugeführt, die abhängig von der vorliegenden Kombination von Vergleichsaussagen der einzelnen Rechner ein zugehöriges Bündel von Steuerbefehlen aus einem nicht dargestellten Festwertspeicher ausgibt. Im einzelnen lassen sich mitteLs der Steuerbefehle JA1 ... JA3 die Ausgaben der Rechner irreversibel abschalten - dies erfolgt z.B. wenn ein Rechner aufgrund der Vergleichsaussagen der anderen Rechner als defekt angesehen werden muß -und es lassen sich über eine Steuerleitung USS in der Steuerlogik UL zwei Umschalter U1 und U2 betätigen. Ein weiterer Steuerbefehl JNV bewirkt, daß das Verarbeitungsergebnis des Rechners R2 in invertierter Form auf die Umschaltlogik ausgegeben wird.
• Die Umschaltlogik enthält im wesentlichen die Umschalter U1 und U2. Diese werden voneinander unabhängig betätigt und verbinden im ungestörten Betrieb die Ausgaben, d.h. die Ausgangssammelleitungen der Rechner R1 und R3 mit Datenausgabekanälen AK1 bzw. AK2. Dabei ist z.B. die Ausgabe A3 des Rechners R3 immer so aktiviert, daß das abzugebende Verarbeitungsergebnis in invertierter Form ansteht. Auf die Umschalter U1 und U2 und damit auf die Datenausgabekanäle AK1 und AK2 gelangen damit die von zwei verschiedenen Rechnern erarbeiteten Ergebnisse in zueinander antivalenter Form.
• Eine abschließende Prüfung der auf einen Parallelausgang PA oder auf einen seriellen Datenkanal KS auszugebenden Daten kann damit nach Umwandlung in Parallel/Seriell-Wand-Lerri PS1 und PS2 mittels einer einfachen Antivalenzprüfschaltung AP erfolgen, die ein besonderes Antivalenzprüfsignal APS ausgibt, dessen Vorhandensein ein Kennzeichen dafür ist, daß das ausgegebene Verarbeitungsergebnis fehlerfrei ist.
• Fällt einer der beiden Rechner R1 oder R3 aus, so wird der Rechner R2 ersatzweise auf den dem defekten Rechner zugeordneten Ausgabekanal aufgeschaltet. Dies geschieht bei Ausfall des Rechners R1 mit dem Umschalter U1, bei Ausfall des Rechners R3 mit dem Umschalter U2. Gleichzeitig wird im Falle , daß derjenige Rechner ausgefallen ist, an dessen Ausgabe das Verarbeitungsergebnis in invertierter Form anstehen soll, durch das Steuersignal JNV die Ausgabe A2 des Rechners R2 derart umgeschaltet, daß das Verarbeitungsergebnis des Rechners R2 ebenfalls in invertierter Form an der Ausgabe ansteht. Damit ist eine sichere Datenausgabe auf zwei zueinander antivalenten Datenausgabekanälen weiterhin gewährleistet. Jede denkbare fehlerhafte Konstellation der Umschalter U1 oder U2 wird durch die AntivaLenzprüfschaltung erkannt, unter anderem auch die einzig mögliche Fehlerschaltung der Umschalter, die eine Versorgung beider Datenausgabekanäle aus einem Rechner bewirken könnte, nämlich die Aufschaltung der Ausgabe des Rechners R2 auf beide Datenausgabekanäle.
• Leerseite

Claims (5)

1. Patentansprüche 2 2 aus 3-Auswahleinrichtung für ein 3-Rechner-System, in dem alle Rechner parallel die gleiche Information verarbeiten und in dem ein Verarbeitungsergebnis nur dann zur Weiterverwertung ausgegeben wird, wenn mindestens zwei Rechner zu diesem Ergebnis gelangt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeder Rechner (R1...R3) mit einer abschaltbaren Ausgabe (A1...A3) und einer Vergleichsdateneingabe (E1...E3) ausgestattet ist, wobei letztere zur übernahme der Verarbeitungsergebnisse der beiden anderen Rechner mit den Ausgaben dieser Rechner verbunden ist, daß jeder Rechner einen Vergleich des von ihm erarbeiteten Ergebnisses mit den Ergebnissen der Nachbarrechner durchführt und eine entsprechende Vergleichsaussage an eine Majoritätsschaltung (MS) abgibt und daß die Majoritätsschaltung, abhängig von den Vergleichsaussagen aller Rechner, zwei getrennte Umschalter (U1, u2) ansteuert, welche die Ausgaben jeweils zweier intakter Rechner mit zwei getrennten Datenausgabekanälen (AK1, AK2) verbinden.
2. 2. 2 aus 3-Auswahtschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Majoritätsschaltung (MS) einen Festwertspeicher enthält, in dem alle möglichen Kombinationen von Vergleichsaussagen der drei Rechner und zugehörige Steuerbefehle für die Umschalter (U1, U2) und die abschaltbaren Ausgaben (A1...A3) der Rechner gespeichert sind und daß die Majoritätsschaltung bei Vorliegen einer Vergleichsaussage die zugehörigen Steuerbefehle ausgibt.
3. 3. 2 aus 3-Auswahlschaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabe (Al) eines der Rechner (R1) mit dem einen Umschalter (U1), die eines anderen Rechners (R3) mit dem anderen Umschalter (U2) fest verbunden ist und daß die Ausgabe des dritten Rechners (R2) mit beiden Umschaltern verbunden ist und abhängig von einem entsprechenden Steuerbefehl der Majoritätsschaltung (MS) durch den einen Umschalter (U1) mit dem ersten Datenausgabekanal (AK1) oder durch den anderen Umschalter (U2) mit dem zweiten Datenausgabekanal (AK2) verbunden werden kann, wobei die Ausgabe des mit dem jeweiligen Umschalter zuvor fest verbundenen Rechners vom entsprechenden Datenausgabekanal abgetrennt wird.
4. 2 2aus 3-Auswahischaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den mit den Umschaltern (U1, U2) fest verbundenen Rechnerausgaben (Al, A3) die Verarbeitungsergebnisse der zugehörigen Rechner (R1, R3) in zueinander antivalenter Form anstehen und daß an der Ausgabe (A2) des dritten Rechners (R2) dessen Verarbeitungsergebnis abhängig von einem Steuerbefehl (JNV) der Majoritätsschaltung (MS) in gewöhnlicher oder invertierter Form ansteht.
5. 5. 2 aus 3-Auswahlschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden Datenausgabekanäle (AK1, AK2) ParaLleL/Seriell-Wandler (PS1, PS2) angeschlossen sind, deren Ausgänge mit den Ei#ngängen einer seriellen Antivalenzprüfschaltung (AP) verbunden sind, und daß abhängig vom Ausgangssignal (APS) der Antivalenzprüfschaltung dirn Ausgaben der Rechner und die Rechner selbst abgeschaltet werden können.