Разработка устройства кодирования-декодирования 32-х разрядных слов методом Хемминга (стр. 7 из 10)

Рис. 2.1 блок схема кодирования

Рис. 2.2 — Схема кодера

На входы а1,а2…а32 подаётся кодируемое слово. Блоки (элементы) KR1, KR2, KR4, KR8, KR16 и KR32 формируют контрольные разряды (биты чётности). Весь процесс кодирования сводится к формированию контрольных разрядов и сдвигу имеющихся разрядов. Так, 1й бит слова становится 3м битом кода, а 2й – 5м , 1,2,4,8,16,32 биты – контрольные. В результате кодирования 32х битное слово становится 38ми битным.

Рис 2.3 — Схема блоков KR1 – KR32

Блоки KR1, KR2, KR4, KR8, KR16 и KR32 собраны элементах исключающее ИЛИ. Итак:

Блок KR1 формирует 1й контрольный разряд подсчитывая чётность 3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23,25,27,29,31,33,35 и 37 битов, если количество единиц в этих разрядах чётное, то контрольный бит равен нулю, если нечётное – единица.

Аналогично блок KR2 формирует 2й контрольный разряд, подсчитывая чётность 3,6,7,10,11,14,15,18,19,22,23,26,27,30,31,34,35 и 38 битов, если количество единиц в этих разрядах чётное, то контрольный бит равен нулю, если нечётное – единица.

Блок KR4 формирует 4й контрольный бит проверяя 5,6,7,12,13,14,15,20,21,22,23,28,29,30,31,36,37 и 38 биты.

Блок KR8 формирует 8й контрольный бит проверяя 9,10,11,12,13,14,15,24,25,26,27,28,29,30 и 31 биты.

Блок KR16 формирует 16й контрольный бит проверяя 17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30 и 31 биты.

Блок KR32 формирует 32й контрольный бит проверяя 33,34,35,36,37 и 38 биты.

2.2 Разработка устройства декодирования информации методом Хемминга

Рис.2.4 — Схема декодера

Схема декодера состоит из 3х основных блоков: блока анализа, блока управления и блока исправления. Декодер осуществляет декодирование с исправлением произошедшей ошибки.

Рис. 2.5 — Схема блока анализа

Блок анализа с помощью блоков KR1, KR2, KR4, KR8, KR16 и KR32 заново проверяет чётность выше упомянутых разрядов и с помощью 6 и элементов исключающее ИЛИ сравнивает с пришедшими по шине контрольными разрядами. Если контрольные разряды нарушены, то формируются 6 сигналов ошибки, которые передаются в блок управления. Так же блок анализа изымает из 38ми битного слова биты чётности и передаёт 32х битное слово в блок исправления.

Рис. 2.6 — Схема блока управления

Блок управления представляет дешифратор 6/32, собранный на базе элементов И. В соответствии с комбинацией входных сигналов, блок управления активирует тот или иной управляемый инвертор блока исправления.

Рис 2.7 — Схема блока исправления ошибок

Блок исправления непосредственно производит исправление слова пришедшего из блока анализа в соответствии с сигналами блока управления. Он представляет собой 32 управляемых инвертора, на информационные входы которых подаётся слово с ошибкой, а на управляющие код из блока управления. В соответствии с поданным сигналом активируется тот или иной инвертор, который и исправляет ошибку, и слово выводится из дешифратора.

Рис.2.8 — Схема управляемого инвертора

Управляемый инвертор собран на базе 2х элементов НЕ, элемента И, и элемента исключающее ИЛИ-НЕ. Является непосредственно исполнителем исправления ошибки. Его таблица истинности приведена ниже.

Табл. 2.1 — таблица истинности управляемого инвертора

ВХОД	УПР.СИГНАЛ	ВЫХОД
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

2.3 Реализация кодера – декодера на базе ИМС К555ВЖ1

Рис 2.9 — Блок схема

32х битное слово разделяется на два слова по 16 бит. Далее каждая из половин попадает в свой 16битный кодер. Генерируются контрольные биты, и на линию передач выводятся два 22х битных кода Хэмминга. На линии передачи есть возможность внести ошибку. Далее 22х битный код считывается декодером. Проверяется на наличие ошибок. Если найдены ошибки, они исправляются, и выводятся два слова по 16 бит, которые и составляют переданное 32х битное слово.

2.3.1 Цоколёвка ИМС К555ВЖ1 (SN74LS630)

Рис. 2.10 — Цоколёвка ИМС К555ВЖ1 (SN74LS630)

· D0-D15 - входы/выходы данных;

· CB0-CB5 - входы/выходы синдрома;

· S0,S1 - входы управления;

· SEF - флаг ошибки;

· DEF - флаг некорректируемой ошибки.

· Все выходы с тремя состояниями

Схема использует модифицированный код Хэмминга, чтобы генерировать 6-битовый синдром для 16-разрядного слова. Одиночные ошибки схемой исправляются; двойные ошибки только обнаруживаются, ошибки типа всех нулей или всех единиц тоже обнаруживаются, тройные и большие ошибки могут быть не обнаружены. В случае двойной ошибки, оба бита могут быть в слове памяти, обе в слове синдрома, или по одному биту в слове памяти и слове синдрома. В течении цикла записи, схема формирует 6-разрядное проверочное слово из 16-разрядного слова данных. Коррекция ошибки выполняется идентификацией неправильного бита и инверсией его. Когда исправленное слово выдается из порта данных, из порта CBi выдается синдром, указывающий на неправильный бит.

Табл. 2.2 — Функции схемы исправления ошибок

Цикл памяти	Упр S1 S0	Функция БИС	Шина данных	Шина синдрома	Флаги SEF DEF
ЗАПИСЬ	L L	Генерировать контрольное слово	Входные данные	Выходное контрольное слово	L L
ЧТЕНИЕ	L H	Читать данные и контрольное слово	Входные данные	Входное контрольное слово	L L
ЧТЕНИЕ	H H	Защелкнуть и разрешить флаги	Защелкнутые данные	Защелкнутое контрольное слово	Разрешено
ЧТЕНИЕ	H L	Корректировать данные и генерировать синдром	Выходные корректированные данные	Выходной синдром	Разрешено

Табл. 2.3 — Таблица ошибок

Контрольное

16-разрядное слово данных

слово

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

CB0

*

*

*

*

*

*

*

*

CB1

*

*

*

*

*

*

*

*

CB2

*

*

*

*

*

*

*

*

CB3

*

*

*

*

*

*

*

*

CB4

*

*

*

*

*

*

*

*

CB5

*

*

*

*

*

*

*

*

Табл. 2.4 — Синдромы ошибок

Ячейка ошибки	Код синдрома ошибки
	CB0	CB1	CB2	CB3	CB4	CB5
D0	L	L	H	L	H	H
D1	L	H	L	L	H	H
D2	H	L	L	L	H	H
D3	L	L	H	H	L	H
D4	L	H	L	H	L	H
D5	H	L	L	H	L	H
D6	H	L	H	L	L	H
D7	H	H	L	L	L	H
D8	L	L	H	H	H	L
D9	L	H	L	H	H	L
D10	L	H	H	L	H	L
D11	H	L	H	L	H	L
D12	H	H	L	L	H	L
D13	L	H	H	H	L	L
D14	H	L	H	H	L	L
D15	H	H	L	H	L	L
CB0	L	H	H	H	H	H
CB1	H	L	H	H	H	H
CB2	H	H	L	H	H	H
CB3	H	H	H	L	H	H
CB4	H	H	H	H	L	H
CB5	H	H	H	H	H	L
Нет ошибки	H	H	H	H	H	H

Табл. 2.5 — Исправление

Полное число ошибок		Флаги ошибок		Исправление данных
16-битовые данные	6-битовое контрольное слово	SEF	DEF
0	0	L	L	Не применимо
1	0	H	L	Коррекция
0	1	H	L	Коррекция
1	1	H	H	Прерывание
2	0	H	H	Прерывание
0	2	H	H	Прерывание