DE3329023A1 - Einrichtung zum pruefen logischer schaltwerke - Google Patents

Description

Dipl.-lng. A. Wasmeier Dipl.-lng. H. Graf

Zugelassen beim Europäischen Patentamt · Professional Representatives before the European Patent Office

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I/p 11.206 Tag
Date

9. August 1983 W/J a

Anmelder: International Computers Limited

ICL House, Putney, London 5W15 ISW England

Titel :

Einrichtung zum Prüfen logischer Schaltwerke

Priorität: Großbritannien Nr. 8223437 vom 14. August 1982

Erfinder: James Hou/arth

33 Beech Avenue, Whitefield, Greater Manchester M25 7EN, England

Konten: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 20073) 5 839 Postscheck München (BLZ 700100 80) 893 69-801 Gerichtsstand Regensburg

Einrichtung zum Prüfen logischer Schaltwerke

Die Erfindung bezieht sich auf das Prüfen der Arbeitsweise eines logischen Schaltwerkes.

Ein logisches Schaltwerk ist eine Schaltung mit einer Vielzahl unterschiedlicher interner Zustände, die in vorbestimmter Weise in Abhängigkeit von einem oder mehreren Zustandseingangssiqnalen die Stufe ändert.

Es ist hau fig erwünscht, die Arbeitsweise einer solchen Schaltung während ihres tatsächlichen Betriebes zu prüfen, um sicherzustellen, daß die Schaltung einwandfrei arbeitet. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, die gesamte Schaltung zu duplizieren und die Zustände der duplizierten Schaltungen bei jeder Arbeitsstufe zu vergleichen. Jede Diskrepanz zwischen den duplizierten Schaltungen würde einen Fehler anzeigen. Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, daß sie, bedingt durch den erforderlichen Geräteaufwand, sehr teuer ist .·

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit aufzuzeigen, um ein logisches Schaltwerk zu prüfen, das keine Duplizierung der Schaltung erforderlich macht.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch eine Prüfvorrichtung mit einem ersten Codierer, der auf den laufenden Zustand der Schaltung zur Erzeugung eines ersten, von diesem Zustand abhängigen Codes anspricht,'mit einem zweiten Codierer, der auf den Zustand der Schaltung vor einem Übergang auf einen anderen Zustand und ferner auf das Signal oder die Signale, die diesen Übergang bewirken,, anspricht, um einen zweiten Code zu erzeugen, der

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einen vorbestimmten Wert für den ersten Code im nächsten Zustand anzeigt, und einer Vorrichtung, die den ersten, in einem laufenden Zustand erzeugten Code mit dem zweiten für den Übergang in diesen Zustand erzeugten Code v/ergleicht und eine Abweichung dazwischen anzeigt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zum Prüfen der Arbeitsweise eines logischen Schaltwerkes vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß für einen Übergang aus einem Zustand der Schaltung in einen anderen Zustand in Abhängigkeit von dem einen Zustand der Schaltung und dem Signal oder den Signalen, die diesen Übergang bewirken;·eine Voraussage auf den nächsten Zustand abgeleitet wird, und daß im nächsten Zustand aus dem tatsächlichen Zustand bestimmt wird, ob die Voraussage erfüllt ist. . · ·

Zweckmäßigerweise sind die ersten und die zweiten Codes einsaus-n-Codes, d.h., jeder besteht aus η-Bits und nur einer von ihnen hat einen vorbestimmten binären Wert, während die übrigen den anderen binären Wert haben.

Zumindest einige der Zustände der Schaltung haben den gleichen ersten Code,, aber es haben keine zwei Zustände den gleichen ersten Code, wenn

• (i ) einer der Vorausgänger des anderen ist, oder (ii).beide den gleichen Nachfolger haben.

Dadurch wird die Anzahl unterschiedlicher Codewerte verringert und somit der für die Erzeugung der Codes erforderliche Geräteaufwand verkleinert.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Zustandsdiagramm der Schaltung, und Fig. 2 ein Stromkreisdiagramm der Prüfvorrichtung.

Ein wichtiges charakteristisches Merkmal eines jeden logischen Schaltwerkes ist sein Zustandsdiagramm. Zur Erzielung eines konkreten Ausführungsbeispieles sei angenommen, daß die Schaltung, deren Prüfvorrichtung beschrieben werden soll, das Zustandsdiagramm nach Fig. 1 hat.

Nach Fig. 1 besitzt die Schaltung dieser speziellen Ausführungsform acht Zustände Sl bis'58. Die Schaltung arbeitet synchron und ist i.n der Lage, zu vorbestimmten, durch Taktsignale festzulegenden Augenblicken eine Zustandsänderung durchzuführen. Bei manchen Zuständen führt die Schaltung automatisch einen Übergang beim nächsten Taktsignal auf einen einzelnen, vorbestimmten Nachfolger (z.B. S2 nach S3) aus. Als Alternative kann ein Zustand verschiedene mögliche Nachfolaer haben, wobei der spezielle ausgeführte Übergang von dem Wert der Eingänge bestimmter Bedingungen zum Zeitpunkt, zu dem das Taktsignal auftritt, abhängt. Wenn die Schaltung den Zustand einnimmt, ändert sie sich nach S2, S 4 oder S7, je nachdem, welches von drei Signalen A, B und C geltend gemacht ist. Im Falle von Sl ist für keinen möglich, daß.er bei dem Taktsignal geltend gemacht wird·. Die Schaltung bleibt dann im Zustand Sl, anstatt daß ein Übergang auf einen anderen Zustand erfolgt. Wenn die Schaltungin ähnlicher Weise den Zustand S7 einnimmt, macht sie entweder einen Übergang auf den Zustand SS, wenn ein Signal D geltend gemacht wird, oder bleibt in dem gleichen Zustand, «lenn dies nicht der fall ist.

Eine spezielle Schaltanordnung, die ein Zustandsdiagramm ergibt, wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt eine bistabile Einrichtung für jeden Zustand, wobei nur die spezielle bistabile Einrichtung

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einem Zustand entspricht, der während dieses Zustandes gesetzt wird. In diesem Fall kann Fig.l als ein Schaltdiagramm betrachtet werden, bei dem jedes Kästchen eine bistabile Einrichtung darstellt, und die erforderliche Austastung (nicht gezeigt) u/ird so vorgenommen, daß jede bistabile Einrichtung den entsprechenden Nachfolger triggert.

Fig. 2 z.eigt eine Einrichtung zum Prüfen der Arbeitsweise eines logischen Schaltwerkes mit dem Zustandsdiagramm nach Fig. 1. Die-Prüfvorrichtung weist ein Codiergerät auf, das aus vier ODER-Gattern 10-13'besteht. Diese codieren den laufenden Zustand der Schaltung (Eingang an einer der Leitungen S1-S8), um einen aus . vier Bits bestehenden Ausgangscode XO-X3 zu erzeugen, der diesea Zustand anzeigt. Mit dieser vorbeschriebenen-Anordnung kann jeder Eingang Sl usw. als ein direkter Eingang aus dem "gesetzten" Ausgang der entsprechenden bistabilen Vorrichtung eingespeist werden. Die Codes für die acht Zustände sind in Fig. 1 ' gezeigt. Beispielsweise ergibt sich aus Fig. 2, daß im Zustand Sl das Gatter 13 wirksam ist und die Gatter 10-12 unwirksam sind. Somit gilt X0=XlrX2=0 und X3 = l, so daß der Code für den Zustand Sl 0001 ist. Jeder Code besteht aus einem eins-aus-vier-Code. Ferner- sind die Codes für die Zustände nicht einmalig: Z.B. hat der Zustand 55 den gleichen Code 0001 wie der Zustand Sl. Die Anordnung ist jedoch so gewählt, daß nicht zwei Zustän- . de, die direkt durch Abzweigen aus dem qleichen· Zustand erreicht werden können (d.h. den gleichen Vorgänger haben), den gleichen ' Codewert erhalten. Beispielsweise sind die Zustände 52, 54 und 57, die alle durch Abzweigen aus dem Zustand Sl erreicht werden können, unterschiedlichen Codewerten 0010, 0100 und 1000 zugeordnet. Wenn ein Zustand der Nachfolger eines anderen ist, haben sie in ähnlicher Weise unterschiedliche Codewerte.

Die Prüfvorrichtung weist ferner einen zweiten Codierer auf, der aus vier UND/ODER-Gatter-Kombinationen 20 bis 25 und einem Register aus vier bistabilen Vorrichtungen 30 bis 33 besteht. Dieses Register wird zu dem Zeitpunkt getaktet, zu dem ein

Übergang erfolgen kann, um eine als Vier-Bit-Code-YO-Y3 abgegebene Voraussage des Codewertes, der nach diesem Zeitpunkt erhalten wird, zu machen. Die Voraussage wird durch die Gatter-Kombinationen 20-23, die den Zustand aufnehmen, der bis zu dem Übergang auf den Leitungen S1-S8 vorhanden ist, und die Bedingungseinqänge A bis D mit ihren inversen Werten erzielt.

Wenn beispielsweise die Schaltung den Zustand Sl einnimmt, wobei der Übergang auftreten kann und das Bedingungssignal C "echt" ist, ergibt sich aus Fig. 2, daß das Gatter 20 wirksam ist und die Gatter 21-23 unwirksam sind. Somit gilt YO=I und Yl=Y2=Y3=0. Somit sagt der Codierer richtig voraus, daß· der nächste Zustand der Zustand S7 (Code 1000) sein soll. Obgleich der Zustand S3 den gleichen Codewert hat, ist keine ernsthafte Mehrdeutigkeit gegeben, da der Zustand S3.nicht direkt aus dem Zustand Sl erreicht werden kann.

Der Code X0-X3, der dem augenblicklichen Zustand des Schaltwerkes entspricht, wird in einer Vergleichsvorrichtung 40 mit dem vorausgesagten Code Y0-Y3 verglichen, der in den bistabilen Vorrichtungen 30-33 gespeichert ist. Wenn diese beiden Codes gleich sind, bleibt bei getakteter Vergleichsvorrichtung der Ausgang der Vefgleichsvorrichtung 40 niedrig, wodurch ein korrekter Betrieb angezeigt wird. Wenn jedoch ein Unterschied zwischen den Codes besteht, geht der Ausgang der Vergleichsvorrichtung 40 nach hoch, wodurch ein Fehler angezeigt wird.

Die Prüfvorrichtung ist in der Lage, anzuzeigen, daß die Schaltuna nicht korrekt von einem Zustand in den nächsten weiterqeschaltet hat , insbesondere aufgrund einer der folgenden Fehlerarten:

(a) kein Zustand

(b) "Mehrfach"-Zustände (d.h. mehr als ein X-Bit gesetzt)

(c) Unrichtige Verzweigung

(d) Festgelaufener Zustand

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Zusätzlich wird von der Prüfvorrichtung eine falsche Wirkung angezeigt, da der X-Code korrekt fortfährt, aber der Y-Code einen fehlerhaften nächsten Zustand voraussagt.

Die Verwendung eines eins-aus-vier-Codes (oder allgemeiner.eines eins-aus-n-Codes) zum Codieren der Zustände ist einem herkömmlichen Binärcode vorzuziehen, bei dem jeder Code mehr als eine binäre "1" enthalten kann, da letzteres Mehrfachzustandsfehler ■ bedingen kann.

Die Eingänge in- die Prüfschaltung nach Fig. 2 sind von dem jeweiligen Zustandsdiagramm nach Fig. 1 abhängig und müssen für eine Schaltung mit einem unterschiedlichen Zustandsdiagramm eingestellt werden, damit sie in der beschriebenen allgemeinen Weise, arbeiten können.

Die Prüfvorrichtung stellt somit eine u/irksame Möglichkeit der Prüfung der Arbeitsweise des Schaltwerkes im Arbeitsablauf dar, ohne daß es erforderlich ist, die gesamte Schaltung zu duplizieren. Die Anzahl von bistabilen Vorrichtungen in der vorbeschriebenen Prüfvorrichtung ist kleiner als die Anzahl, die erforderlich gewesen wäre, wenn das Schaltwerk (bei der beschriebenen Ausgestaltung) dupliziert worden wäre. Dieser Vorteil wäre für größere Schaltwerke mit mehr Zuständen sogar · noch qravierehder. Abgesehen von der Kostenseite (es sindweniger Bauteile erforderlich)können die Schaltung und die Prüfvor- ■ richtung insbesondere auf dem gleichen .integrierten Schaltungschip untergebracht werden, da die Prüfvorrichtung eine wesentlich kleinere Fläche auf dem Chip einnimmt.

Die Schaltung nach Fig. 1 kann beispielsweise als Folgesteuergerät verwendet werden.

•-11

Die Erfindung benötigt nicht eine getrennte bistabile Vorrichtung für jeden Zustand, vorausgesetzt, daß der Zustand durch Zugriff zu den Codierern erfaßt werden kann, was eine zusätzliche Gatterung erforderlich macht, u/enn der Zustand nicht selbst als ein eins-aus-n-Code eingespeist wird. Die Erfindung kann auch auf asynchrone Schaltwerke angewendet werden.

Leerseite

Claims (10)

Patentansprüche

1. Logisches Schaltwerk, gekennzeichnet durch eine Prüfvorrichtung m i t

einem ersten Codierer (10-13), der auf den laufenden Zustand (Sl-58) der Schaltung zur Erzeugung eines ersten von diesem Zustand abhängigen Codes (XO-X3) anspricht, einem zweiten Codierer (20-23, 30-33), der auf den Zustand (S1-S8) der Schaltung vor einem Übergang auf einen anderen "Zustand und auch auf das Signal oder die Signale (A-D-Takt), die diesen Übergang bewirken, anspricht, um einen zweiten Code (Y0-Y3) zu erzeugen, der einen vorausgesagten Wert für den ersten Code (X0-X3) im nächsten Zustand anzeigt, und einer Vorrichtung (40), die den ersten Code (X0-X3), der in einem laufenden Zustand erzeugt worden ist, mit dem zweiten Code (Y0-Y3), der für den Übergang auf diesen Zustand erzeugt wird, vergleicht und anzeigt, ob eine Diskrepanz dazwischen besteht .

2. Logisches Schaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Codes (X0-X3) und die zweiten Codes (YO-Y3) eins-aus-n-Codes sind.

3. Logisches Schaltwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige (z.B. Sl, S5) der Zustände der Schaltung den gleichen Code haben,' daß aber keine zwei Zustände den gleichen ersten Code haben, wenn

a) einer der Nachfolger des anderen ist (z.B. Sl, S2) oder

b) beide den gleichen Vorgänger haben (z.B. S2, S4 , S7).

4. Logisches Schaltwerk nach einem der. Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,daß die Schaltung eine Vielzahl bistabiler Elemente aufweist, und zwar jeweils eines für jeden Zustand

(S1-S8), und daQ bei jedem Zustand ein unterschiedlichesder bistabilen Elemente einen binären Zustand und das andere den anderen binären Zustand einnimmt.

5. Logisches Schaltwerk nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Codierer eine logische Schaltung (20-23), die zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Übergang auftreten kann, auf eine Anzeige (Sl, S8) des Zustandes vor. diesem Zeitpunkt und auf irgendein Bedingungssignal oder -signale (A-D), das bzw. die in der Lage sind, zwischen einer. Vielzahl von abwechselnden möglichen Zuständen für die Schaltung nach diesem Zeitpunkt auszu- . wählen, um einen Codewert abzugeben, und eine Vorrichtung (30-33) zur Speicherung des letzterwähnten Codewertes, der zu deni Zeitpunkt, zu dem ein Übergang als der zweite Code auftreten kann, erzeugt wird, um ihn während des nachfolgenden Zustandes verfügbar zu machen , aufweist.

6. Verfahren zum Prüfen der Arbeitsweise eines logischen Schaltwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Übergang von einem Zustand der Schaltung in einen anderen Zustand in Abhängigkeit von dem einen Zustand der Schaltung und dem Signal oder den Signalen, die wirksam sind, um diesen Übergang zu bewirken^ eine Voraussage auf den nächsten

. Zustand abgeleitet wird, und daß in dem nächsten Zustand aus · dem aktuellen Zustand bestimmt wird, ob die Voraussage erfüllt i st.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der laufende Zustand als ein erster Code codiert wird, daß die . Voraussage ein zweiter Code ist, der einen vorbestimmten Wert für den ersten Code im Anschluß an den Übergang anzeigt, und daß die Werte der ersten und der zweiten Codes miteinander verglichen werden, um anzuzeigen, ob eine Diskrepanz zwischen ihnen besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Code eins-aus-n-Codes sind.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Zustände der Schaltung den gleichen Code, aber niemals zwei Zustände den gleichen ersten Code haben ,falls

a) einer der Nachfolger des anderen ist, oder

b) beide den gleichen Vorausgänger haben.

10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung eine Vielzahl von bistabilen Elementen, und zwar jeweils einen für jeden Zustand aufweist, und daß in jedem Zustand ein unterschiedliches der bistabilen Elemente einen binären Zustand und das andere den anderen binären Zustand einnimmt.