DE3009355C2

DE3009355C2 - Redundante Rechenanlage

Info

Publication number: DE3009355C2
Application number: DE19803009355
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 7250 Leonberg Übel
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1980-03-12
Filing date: 1980-03-12
Publication date: 1984-08-30
Also published as: YU64281A; DE3009355A1; ES500296A0; YU41455B; BE887906A; ES8201330A1; CH652838A5

Description

gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

g) roh der Ausgabeeinrichtung (Ai, A 2) jedes Rechners (Ri, R 2) ist ein rückgekoppeltes Scb^uberegister (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 Verj^r> 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

Patentansprüche:

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,