Вступ дисертаційної роботи містить: обґрунтування актуальності теми й наукових задач; інформацію про зв'язок роботи з науковими програмами; мету й задачі дослідження; об'єкт, предмет і методи дослідження; характеристику наукової новизни й практичного значення отриманих результатів, а також особистого внеску здобувача; дані щодо реалізації, апробації та публікації результатів.
У першому розділі виконано аналіз проблем розробки й забезпечення надійності БЦОС ракетно-космічної техніки в умовах сучасного ринку електронних компонент. Проаналізовані основні показники елементів тих, що перебувають у вільному продажу та спеціального виготовлення. За результатами аналізу співвідношення максимальної загальної іонізаційної дози до вартості і величини стійкості до поодиноких збоїв для однакових за функціональним призначенням елементів різних класів виконання зроблено висновок, що найкраще співвідношення мають компоненти «Industry» для показника стійкості до збоїв SEL (SingleEvent Latchup) в межах 40‑80 (MeV•cm2)/mg.
На основі аналізу публікацій стосовно досліджень елементної бази на радіаційну стійкість обґрунтована правомірність і доцільність використання компонент «Industry», з урахуванням вибору структури бортових комп’ютерів (БК), максимального часу парирування збоїв у БК, призначеннях СУ і товщини природного радіаційного захисту корпусу приладу, для апаратури РН і КА. Для аналізу апаратних рішень відмовостійких структур БК, побудованих на основі однокристальних процесорів і FPGA-елементів, вибрані основні критерії: маса, габарити, вартість; споживана потужність; час виявлення і парирування збою або відмови; метрика забезпечення відмовостійкості, системна продуктивність.
В результаті проведеного аналізу одноканальної, дубльованих, трьох- і багатоканальних БЦОС встановлено, що: 1) найвищий показник надійності забезпечується методом побудови апаратури на основі багатоярусних структур з апаратною реалізацією мажоритарного трьохканального резервування; 2) функціонування БЦОС відбувається в рамках жорсткого регламенту часу, при цьому спостерігається загальна тенденція збільшення, як системної частоти процесорного ядра, так і частоти квантування часу базового такту операційної системи (ОС); 3) парирування відмов повинне забезпечуватися протягом поточного такту ОС; 4) базовими елементами для побудови БЦОС є однокристальні мікро-ЕОМ і мікросхеми з технологією FPGA Core, а також загальна тенденція спрямованості на SoC (System-on-Chip) реалізацію всього проекту БЦОС. Однак, практичне застосування існуючих методів забезпечення надійності відносно сучасних процесорів обмежене наступними чинниками: 1) час виконання передавальної функції елементів порівняний з часом зміни вхідних сигналів і часом поширення сигналів в міжканальних інтерфейсах; 2) наявність зростаючого міжканального розходження часу, як сприйняття вхідних і виконання вихідних команд, так і часу виконання локального обчислювального процесу, при спробах паралельного функціонування однокристальних процесорів; 3) можливість встановлення мажоритарних органів тільки зовні кристалів процесорів або вбудованих Core- вузлів FPGA .
Відповідно до результатів аналізу сформульовано ряд задач, які пов’язані з дослідженнями:
-методів і засобів підтримки відмовостійкості систем з урахуванням швидкісних процесів при функціонуванні на межі часу спрацьовування мажоритарних елементів;
-моделей для аналізу синхронності функціонування вузлів однокристальних мікро-ЕОМ;
-функціонування мажоритованої БЦОС на однокристальних ЕОМ, інтерфейсної взаємодії блоків системи в штатному і налагоджувальних режимах;
-методик вибору структурної побудови БЦОС з необхідними показниками надійності, системної продуктивності та інше.
Другий розділ дисертації присвячено розробці і дослідженню моделі мажоритування з урахуванням розсинхронізації каналів.
Досліджено аналітичні характеристики абсолютних величин ймовірності безвідмовної роботи для базової складової комп'ютера з ідентичними характеристиками надійності вузлів. Оцінено вплив застосування різних схем забезпечення відмовостійкості і кількості точок застосування мажоритарних органів (ярусів мажоритування) між структурними складовими. Проте, практичне застосування існуючої методики апаратного мажоритарного забезпечення відмовостійкості та його оцінки має, як підтверджуючі, так і вимагаючі уточнення методики зауваження:
Зауваження 1. Аналітично підтверджується висловлювання, що застосування декількох ярусів мережевого мажоритування підвищує загальну ймовірність безвідмовної роботи трьохканальної системи за весь період функціонування, з урахуванням теоретичних обмежень на кількість ярусів.
Зауваження 2. Існуючі підходи до застосування мажоритарних елементів розглядають даний вузол, як перехідну функцію, що ідеалізується, без урахування реальних фазочастотних характеристик власне мажоритарного елементу з одного боку, так і можливих співвідношень фаз надходження зовнішніх сигналів на входи мажоритарного елементу, а також його швидкісних характеристик.
Необхідність врахування зауваження 2 обумовлена елементною базою і часовими співвідношеннями, які визначаються високими робочими частотами міжблочного функціонування і внутрішньокристальним розташуванням мажоритарного елементу, де час перемикання елементарного вентиля всередині інтегральної мікросхеми порівнянний з: 1) часом затримки проходження сигналу через вхідний або вихідний буфер кристала; 2) часом затримки поширення сигналу усередині елементу; 3) часом затримки поширення сигналу по лініях зв'язку між елементами; 4) часом зміни логічних рівнів вхідних сигналів.
Чинник часу враховувався при дослідженні ефективності використання процесора в одиничному базовому такті ОС ЖРЧ для структур з програмним SIFT і апаратним HIFT забезпеченням відмовостійкості. Показана ефективність HIFT реалізації (рис. 1), оскільки міжканальний обмін і мажоритування відбувається на тлі прийому і видачі інформації. Дослідження процесу руху інформації по ядру процесорів різних поколінь на основі розроблених моделей їх внутрішньої побудови, а також за результатами експериментів на макетних зразках для трьохканального функціонування дозволили виявити першопричини розсинхронізації каналів паралельного функціонування однокристальних ЕОМ: 1) відмінність частоти джерел задаючих генераторів в межах параметра нестабільності (початкові відхилення від номінального значення і залежність від умов експлуатації); 2) відсутність синхронізму появи сигналів в каналах (відхилення часу перемикання елементів); 3) співвідношення часу поширення сигналів по міжканальних зв'язках і часу спрацьовування елементів; 4) відмінність часу захвату та обробки зовнішніх і внутрішніх сигналів в сусідніх каналах.