Исследование корректирующей способности кода Хэмминга.

Цель работы

Целью работы является исследование работы встроенной схемы контроля модуля оперативной памяти УЧПУ с применением специального корректирующего кода Хемминга.

Объект, методика и средства исследования

2.1. Объект - модуль ОЗУ (устройство 3500) УЧПУ " Электроника НЦ31-02" со схемой контроля ошибок с применением специального кода обнаружения и исправления одиночных ошибок хранения информации.

2.2. Средство исследования - диагностический стенд УФК для УЧПУ «Электроника НЦ31».

2.3. Методика исследования - исследование корректирующей способности кода Хемминга при хранении и передаче информации между памятью и процессором в режиме управления работой корректора ошибок встроенной схемы контроля памяти.

3. Предварительное задание к эксперименту

3.1. Встроенный схемный контроль.

Самоконтроль цифровых схем микропроцессорных систем реализуется программными либо схемными (аппаратурными) средствами непосредственно при функционировании системы в автономном режиме (режим on-line). Наряду с применением схем сравнения и дублирования проверка правильности функционирования реализуется часто схемными средствами (метод функционального диагностирования) с использованием специальных корректирующих кодов.

Коды Хэмминга относятся к специальным избыточным кодам обнаружения и исправления хранения информации в устройствах оперативной памяти или в системах передачи данных по каналам связи.

Код - это совокупность символов, предназначенных для отображения информации (чисел). Для двоичного кода с символами 0 и 1 каждому слову кода соответствует строго определенная комбинация нулей и единиц. Для n-разрядного кода количество слов с различными комбинациями равно 2ⁿ. Коды подразделяются на простые и избыточные. В простых кодах все разряды предназначены для представления информации и, следовательно, возникновение ошибки (замена лог.0 на 1 или наоборот) превращает данную информационную комбинацию в другую, которая также является разрешенной комбинацией. Для обнаружения ошибок при передаче такими кодами используют повторную передачу.

В избыточном коде для представления информации используется лишь часть знаковых комбинаций, а другая часть является запрещенной. Появление запрещенной информации воспринимается как ошибка и фиксируется схемой контроля ЭВМ. Избыточные коды характеризуются показателем избыточности

Rи= n / m,

где n - общее количество разрядов; m - число разрядов, необходимых для передачи информации. Избыточные коды подразделяются на коды, которые только обнаруживают ошибку и коды, которые обнаруживают и исправляют (корректирующие коды). Корректирующая способность характеризуется кодовым расстоянием. Кодовое расстояние Д - это минимальное число разрядов, в которых соответствующие символы не совпадают.

Пример 1. Пример кода с кодовым расстоянием Д=1( простой код).

0000- кодовая комбинация (слово 1 кода)

0001- слово 2

0010- слово 3

0011- слово 4

Пример 2. Кодовое расстояние Д=2.

Для кода с кодовым расстоянием Д=3 одиночная ошибка создает запрещенную комбинацию, которая отличается от правильной на один разряд, а от любой другой двумя разрядами. Следовательно, для обнаружения искаженного разряда достаточно инвертировать поочередно каждый из разрядов с проверкой на запрещенную комбинацию. Если после замены очередного разряда комбинация окажется разрешенной, то ошибка исправляется инвертированием обнаруженного разряда.

3.2 Расчет контрольных разрядов кода Хэмминга

Код Хэмминга содержит несколько групп разрядов, причем за каждой из групп закрепляют контрольный разряд для контроля четности лог.1 этой группы. Код ISO-7bit для кодирования информации управляющих программ обработки детали с восьмым битом для контроля на четность числа перфорациий-лог.1 -является простым вариантом кода Хэмминга (одна группа разрядов).

Пример. 13-разрядный корректирующий код Хэмминга содержит 9 информационных разрядов и 4 - контрольных. Определение групп контроля на четность состоит в отборе разрядов кода по их двоичным номерам. В первую группу входят разряды кода, двоичный эквивалент номера которого содержит лог.1 в первом младшем разряде двоичного номера. Во вторую группу входят разряды кода, двоичный эквивалент номера которого содержит лог.1 во втором разряде номера и т. д.

Номер разряда кода Хэмминга Двоичный эквивалент номера разряда

Х1 0001

Х2 0010

Х3 0011

Х4 0100

Х5 0101

Х6 0110

Х7 0111

Х8 1000

Х9 1001

Х10 1010

Х11 1011

Х12 1100

Х13 1101.

Первая группа включает разряды Х1, Х3, Х5, , Х7, Х9, Х11, Х13 (двоичный эквивалент номеров этих разрядов содержит лог.1 в первом разряде номера).

Вторая группа включает разряды Х2, Х3, Х6, Х7, Х10, Х11 (двоичный эквивалент номеров этих разрядов содержит лог.1 во втором разряде номера.).

Третья группа - разряды Х4, Х5, Х6, Х7, Х12, Х13.

Четвертая группа - разряды Х8, Х9, Х10, Х11, Х12, Х13.

Разряды 1, 2, 4, 8, каждый из которых принадлежит только одной контрольному группе, используются в качестве контрольных, а остальные - в качестве информационных. Например, в рассматриваемом коде первая группа содержит разряды Х3Х5Х7Х9Х11Х13 с нечетными номерами разрядов. Значение контрольного разряда в группе контроля на четность должно быть таким, чтобы контрольный разряд дополнял количество единичных разрядов до четного числа. Аппаратно значение контрольного разряда определяется подачей разрядов группы (не считая контрольного разряда) на схему формирования на элементах “исключающее ИЛИ”, выполняющих функцию суммирования разрядов по модулю два.

3.3. Расчет контрольных разрядов кода Хэмминга.

Корректирующий код Хэмминга предназначен для обнаружения в устройстве оперативной памяти 3500 единичных ошибок хранения информации (ошибок в структурах микросхем памяти) и их исправления. Исправление заключается в выполнении процедуры инвертирования ошибочного бита слова памяти при чтении его процессором и в последующей выдаче в канал скорректированного слова данных. Для n-разрядного кода информации количество контрольных разрядов выбираются в условии 2^k³ n + k. Для машинного слова УЧПУ " Электроника НЦ31-02» n=16, следовательно, k=5; 2⁵³ 16+6=21. Откуда общее количество разрядов каждого слова памяти кода Хэмминга составляет 21 разряд.

Контрольные разряды кода Хэмминга формируются схемным путем в модуле памяти суммированием по модулю 2 информационных разрядов кода с использованием элементов « исключающее ИЛИ» по определенным правилам.

Задание П1(предварительное). Выполнить вручную расчет контрольных разрядов 21-разрядного кода Хэмминга по вариантам задания (таблица3.1) для 16 разрядного кода данных, передаваемого в ячейку накопителя в режиме запись через канал ЭВМ.

Таблица 3.1

Вариант задания	Восьмеричный код записываемых данных по шине данных АД15...0 канала	Вариант задания	Восьмеричный код записываемых данных по шине данных АД15...0 канала

Порядок расчета:

1) представить восьмеричный код записываемых данных по шине данных АД15...0 канала в двоичной форме (каждый разряд восьмеричного кода заменить триадой двоичных разрядов).

Номер инф. разряда АД15...0 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Значение разряда (лог. 0 или 1)

2)найти соответствие номеров двоичных разрядов шины данных системной магистрали МНЦ АД15...0 разрядам Х21...Х1 кода Хэмминга (таблица 3.2) и записать их значения (исключая контрольные разряды, которые необходимо вычислить).

Таблица 3.2 – Соответствие номеров разрядов кода Хэмминга разрядам информационных линий шины данных системной магистрали МНЦ АД15...0, по которым процессором в ячейку накопителя ОЗУ записывается слово данных.

№ разряда кода Хэмминга	Линия шины данных	№ разряда	Линия шины данных	№ разряда	Линия шины данных	№ разряда	Линия шины данных
Х1	контрольный	Х6	АД13	Х11	АД9	Х16	контрольный
Х2	контрольный	Х7	АД12	Х12	АД8	Х17	АД4
Х3	АД15	Х8	контрольный	Х13	АД7	Х18	АД3
Х4	контрольный	Х9	АД11	Х14	АД6	Х19	АД2
Х5	АД14	Х10	АД10	Х15	АД5	Х20	АД1
						Х21	АД0

3) Выполнить расчет контрольных разрядов кода Хэмминга по следующим правилам:

Х1=Х3+Х5+Х7+Х9+Х11+Х13+Х15+Х17+Х19+Х21.

Х2=Х3+Х6+Х7+Х10+Х11+Х14+Х15+Х20+Х21.

Х4=Х5+Х6+Х7+Х12+Х13+Х14+Х15+Х20+Х21.

Х8=Х9+Х10+Х11+Х12+Х13+Х14+Х15

Х16=Х17+Х18+Х19+Х20+Х21.

Контрольные разряды хранятся в отдельных битах ячейки памяти разрядности 21 бит. При считывании процессором хранимого в накопителе 21-разрядного кода Хэмминга, содержащего информационные и контрольные разряды, схемным путем в модуле выполняются проверки на четность каждой группы кода.

Первая проверка: Е1=Х1+ Х3+Х5+Х7+Х9+Х11+Х13+Х15+Х17+Х19+Х21 (сумма по модулю 2 всех разрядов первой группы контроля на четность).

Вторая проверка: Е2=Х2+Х3+Х6+Х7+Х10+Х11+Х14+Х15+Х20+Х21.

Третья проверка: Е3=Х4+Х5+Х6+Х7+Х12+Х13+Х14+Х15+Х20+Х21.

Четвертая проверка: Е4=Х8+ Х9+Х10+Х11+Х12+Х13+Х14+Х15.

Пятая проверка: Е5=Х16+Х17+Х18+Х19+Х20+Х21.

Формируемый код проверочного слова Е5Е4Е3Е2Е1 является нулевым в случае отсутствия ошибки в информационном или контрольном разряде. В противном случае десятичный эквивалент данного кода указывает на номер искаженного разряда.

Задание П2. Определить проверочное слово Е5Е4Е3Е2Е1 для полученного по пункту 1 предварительного задания кода Хэмминга Х21...Х1.

В случае одиночной ошибки десятичный эквивалент кода проверочного слова Е5Е4Е3Е2Е1указывает на номер искаженного разряда.

Задание П3. Определить вручную код проверочного слова Е5Е4Е3Е2Е1 для случая искажения информационного разряда в одной из линий шины данныхпо варианту задания (таблица 3.3).

Таблица 3.3

Вариант задания	Номер искаженного информационного разряда шины данных АД15...0	Вариант задания	Номер искаженного информационного разряда шины данных АД15...0
	АД1 5		АД10
	АД14		АД9
	АД13		АД8
	АД12		АД7
	АД11		АД6

Порядок выполнения работы

Проверить работу корректора ошибки системы встроенного схемного контроля модуля памяти (устройства 3500) УЧПУ " Электроника НЦ31-02". Системный адрес корректора ошибки (триггера отключения корректора ошибочного бита ячейки накопителя) в восьмеричном коде-173762.

Проверка заключается в записи в ячейку накопителя сначала правильной, а затем ошибочной информации по одному из разрядов шины данных АД 15...0 согласно варианта предварительного задания (таблица 3.3) и в последующей проверке исправления ошибки в этом разряде с помощью схемы контроля модуля памяти.

Для работы с накопителем необходимо произвольно выбрать одну из ячеек оперативной памяти с адресом из диапазона адресов ОЗУ УЧПУ 40000...47777.

Проверка схемы контроля должна состоять в записи в ячейку памяти кода данных, в имитации принудительного искажения информации по одному из разрядов кода и в последующем ее чтении с исправлением при включении корректора ошибки схемы контроля.

Например, при выборе ячейки памяти с адресом 40000 и разряда АД 15 для имитации одиночной ошибки, проверка состоит в следующем:

1) в ячейку с адресом 40000 записать код данных - число 0.

2) отключить корректор, записав по адресу 173762 число 1.

3) в ячейку с адресом 40000 записать ошибочную информацию - число 100000 (восьмеричное).

4) прочитать код числа без коррекции.

5) нажать клавишу УСТ (по сигналу УСТ включается корректор) и прочитать исправленный код числа.

Примечание. Работа в пультовом режиме стенда УФК при записи / чтении информации состоит в следующей последовательности нажатия клавиш на пульте УФК, инициирующих программный режим записи и чтения данных в/из выбранной ячейки памяти:

1) нажать клавишу ЧТ/ЗП на пульте УФК - устанавливается режим записи в ячейку, при этом загорается светодиод над нажатой клавишей.

2) клавишами адрес - данные набрать код адреса запрашиваемого регистра и нажать клавишу РА, при этом код адреса выбираемой ячейки памяти записывается в регистр адреса УФК и над нажатыми клавишами “адрес - данные” загораются светодиоды.

3) клавишами адрес - данные набрать на выбор любой двоичный код данных и нажать клавишу П, при стенд УФК начинает генерировать сигналы в соответствии с временными диаграммами цикла ВЫВОД и этом над нажатыми клавишами адрес - данные должны светиться светодиоды.

4) для чтения данных из этой же ячейки памяти повторить операцию набора адреса -клавишами А/Д набрать код адреса и нажать клавишу РА.

5) отжать клавишу ЧТ/ЗП, установив тем самым режим чтения и нажать клавишу инициализации чтения П. По показаниям светодиодов считать информацию ячейки и сравнить ее с записанной. Прочитанная информация должна повторить записанную.

Содержание отчёта

5.1 Название и цель работы.

5.2 Результаты выполнения предварительного задания.

5.3 Результаты выполнения основного пункта задания.

5.4 Выводы.

Литература

Устройство функционального контроля. Паспорт И5М2.791.050 ПС

Лабораторная работа №4

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒