Problém dynamického hazardu v teorii a praxi

[HF_Tech]

Tohle je okamžik, kdy by se měl člověk zamyslet, zda se z něj nestává troglodyt.
Podle popisu by se logika popisovaného zařízení nechala velice rychle realizovat v FPGA. Případnou opravu chyby nebo změnu je pak člověk schopen realizovat v řádu jednotek hodin.
Před lety jsem se něco podobného snažil také řešit jako ECL - vznikla z toho obludná deska formátu A4 a to byla většina obvodů v SMD pouzdrech. Nějaké zásadní problémy nebyly, ale práce se vlekla šnečím tempem. O něco později se řešilo, jak efektivně vyrobit více kusů. S pomocí matfyzáka jsem návrh překlopil do VHDL a během jednotek dní bylo zařízení velikosti krabičky cigaret hotové. Příjemný bonus byl, že se sw z FPGA nedal vytáhnout a tudíž to nemohl hned tak někdo jednoduše okopírovat.

[rnbw]

[rnbw]

[Cust]

Cena "krabičky od cigaret" bude asi poněkud jinde než A4. Oprava by stejně nevyplatila i kdyby byla možná...

[Cust]

Cena "krabičky od cigaret" bude asi poněkud jinde než A4. Oprava by stejně nevyplatila i kdyby byla možná...

[Lojza1]

Ano, trend je v rychlé obměně. Je v tom něco podivínského, ale cítím nějakou souvislost mezi tímto trendem a udržitelností rychlosti růstu rychlosti růstu rychlosti růstu.
Představte si, že jste vybudovali nějaké nákladné zařízení, které třeba něco vyrábí. Celé je to závislé na kousku elektroniky. Vše funguje, dokud se v plovoucích hradlech uchoval dostatek elektrického náboje. Po desítkách let to zákonitě zazlobí a ukáže se, že výrobce dávno neexistuje a nelze dohledat, co do těch plovoucích hradel uložil.
Všiml jsem si někde nějaké debaty na téma retro počítačů a EPROM v nich. Co s takovým počítačem, když zeslábne uložený obsah? No, to by se ještě dalo řešit snadno, pokud je to stále rozšířený typ a nemá mnoho různých variant. Ale co když je to obsah nedokumentovaný a zamknutý? Majitel takového počítače není tak docela majitelem z definice vlastnictví. Při koupi za sběratelskou cenu by si to měl uvědomit. Mám nějaký sentiment k počítačům Sinclair a u nich se firmware ukládal už v masce při výrobě ROM. Ale už v Sinclair QL verze 6A je programovatelné pole HAL16, o kterém nic nevím. Minulý rok jsem vyvinul dva paměťové moduly k Sinclair ZX81, Continuity s 16k RAM a Continuity+ s 32 kB RAM. V obou modulech je firmware, který mj. zajistí měkký restart přesně do stavu, v jakém byl počítač těsně před vypnutím. A v obou modulech je uloženo v bipolárních pojistkových PROM, které se zapínají jen při restartu a jsou proto trvale studené. To je myslím trvanlivostí srovnatelné s maskou programovanými ROM. Myslím si, že v retro oblasti jsou plovoucí hradla problematická.

Doplněno: Už se mi povedlo vygooglovat, že HAL jsou alternativy k PAL programované už maskou při výrobě čipu. Asi jako starodávné poctivé ROM. V technologii blízké LS TTL. O QL verze 6A to je pro mne velmi dobrá zpráva.

[Lojza1]

Ještě k programovatelným obvodům. Struktury CMOS s extrémně vysokou hustotou integrace jsou skvělé v běžných pracovních podmínkách. Ale co prostředí s vyšší radiací? Kosmický prostor, vysoké letové hladiny, prostředí válečného konfliktu s použitím jaderných zbraní? Je to stranou běžného zájmu, ale existuje to a je třeba s tím počítat. Jistě by nebylo vhodné použít takové hradlové pole v nějakém nanosatelitu, protože by reálně brzy přestal fungovat.

Před chvilkou jsem se zbavil jedné dlouho pociťované starosti. Podíval jsem se do konstrukčního katalogu bipolárních logických integrovaných obvodů TESLA 1983-84 na podmínky nulování čítačů 7493. U MH7493A je uvedena minimální potřebná délka nulovacího impulsu na vstupech reset 15 ns a minimální zpoždění od aktivace nulování k přechodu kteréhokoliv výstupu z jedničky do nuly 18 ns. To tedy znamená, že využití resetovacích vstupů přímo k omezení modulo čítače je dokumentováno jako zaručené pro všechny realizovatelné možnosti. Ale pozor, u MH7493 to dokumentováno není a takto je použít formálně nelze. Nejsou tedy jenom pomalejší, než MH7493A. Díval jsem se teď na verze LS. Výrobci dokumentují minimální délku impulsu a minimální čas uvolnění resetu. Nevím (a rád bych věděl), jestli se z toho dá vyčíst zaručená funkce přímého snížení modulo. Jiné parametry to obdobně k MH7493A nezaručují.

[HF_Tech]

Space-hardened FPGA se v satelitech a zbraních používají již hodně dlouho.
Cena je trošku vyšší, ale zato mají řadu výhod.
Redudance se nechá řešit již na úrovni čipu. V případě poškození části čipu, lze rekonfigurací programu vadnou část nahradit.
Po skončení primárního úkolu satelitu lze FPGA přeprogramovat na jiný úkol.
Největší výhoda je u vojáků - funkcionalita je zamknutá a nelze provést reverse engineering. Možná lze, ale za takovou dobu, že řešení beznadějně zastará.
Pak je výhoda snadné kontroly třeba radarů. Lze poměrně jednoduše naprogramovat kontrolu vlastní funkčnosti, nebo velice jednoduše upgradovat funkci. Perfektní je možnost omezení funkčnosti - bez nahrání nového klíče se po nastavené době firmware smaže a ukradená raketa nebo radar je nepříteli k ničemu.


U spotřební elektroniky to nemá cenu řešit. Lidi řeší za prvé cenu, za druhé design a pak možná něco dalšího. ZX spectrum bylo počítáno aby bylo hodně levné a na životnost cca 5let. Chtít po tom aby za ty peníze fungovalo víc jak 10let je moc. Největší problém byl stejně se životností membrány klávesnice.

[Lojza1]

HF_TECH:
Ano, to je všechno pravda. Je fajn to napsat takto souhrnně.
Nikde jsem se nedočetl (a nezkoumal jsem to vytrvale), co od té speciálně navržené/upravené varianty reálně očekávat. Například by mě zajímalo, jak by obstály F-35, na kterých by bylo NATO nějak závislé i při vážnějším konfliktu. Na Wiki jsem se teď dočetl, že u LGM-30 Minuteman 3 byl rotační disk později nahrazen odolnou polovodičovou pamětí, ale podrobnosti jsem dále nehledal. Mohlo by to být něco hodně speciálního a nejspíš zakázkového. Někde jsem vyčetl, že ECL jsou tak o dva řády odolnější, než MOS. Ty speciální obvody neodpovídají nejnovějšímu sortimentu. Předpokládám, že i hustota integrace je omezena tou odolností. Ale ano, existují a je to důležité. Samozřejmě výrobce programovatelných hradlových polí přebírá odpovědnost za zaručeně spolehlivou součinnost jejich součástí a je to pro něj snadnější, než k tomu zaručit všechny potřebné vlastnosti jednotlivých univerzálních prvků s nízkým stupněm integrace a s celkem nízkou cenou. Jistě je to pro nás okrajová a nějak vyřešená oblast. Já také netvrdím, že velké desky plné obvodů s nízkou integrací jsou navždy nenahraditelné něčím modernějším. Nejsem v tom ostatně odborníkem. Vidím i rozdíl v návrhu pro větší série a v návrhu pro unikát, za kterým nebude po dobu plánované životnosti stát servisní pracoviště zajišťující průběžnou aktualizaci a dílčí obměnu. Myslím si, že tak jako tak má smysl procvičovat své dovednosti na tom, co je každému snadno dostupné a ideálně i dobře srozumitelné a názorné. Nelíbí se mi k tomu složité černé skříňky. Myslím si, že pedagogika pracující s černými skříňkami má sklony vychovávat manipulovatelnou populaci omezeně využívající kritické myšlení.

Když se z nějakého výrobku stane retro, původní specifikace výrobce mj. stran životního cyklu ztrácí význam. Když píšu o plovoucích hradlech a desítkách let, nejsem v rozporu s běžně očekávanou životností běžných a dosud typickým způsobem používaných spotřebních výrobků. Žijeme v nějaké době. máme převážně nějaké zvyky a možnosti. Máme také nějak omezenou představivost.
Shodit ze stolu veškeré starožitnosti, protože jejich výrobce s tak dlouhým používáním nepočítal, mi přijde řekněme barbarské.
Pokud jsem sám výrobcem něčeho třeba i pro vlastní potřebu, nepřipadá mi smysluplné vyvíjet něco s plánovanou životností jen několik (desítek) let. Například ve výrobních zařízeních mi EPROM vadí, znepokojuje mě.

[rnbw]

EPROM je v pohode - urobis si zalohu, kym to este funguje. Ale EPROM alebo flash v nejakom MCU alebo FPGA bez moznosti citania, to je koniec. To je horsie ako jednoucelove IO - pri nich je aspon sanca, ze ich Cinan zrecykluje z nejakeho vraku.

Keby tak boli obsahy vsetkych programovatelnych IO sucastou servisnej dokumentacie...

[rnbw]

EPROM je v pohode - urobis si zalohu, kym to este funguje. Ale EPROM alebo flash v nejakom MCU alebo FPGA bez moznosti citania, to je koniec. To je horsie ako jednoucelove IO - pri nich je aspon sanca, ze ich Cinan zrecykluje z nejakeho vraku.

Keby tak boli obsahy vsetkych programovatelnych IO sucastou servisnej dokumentacie...

[JirkaZ]

rnbw: uvědom si, že to je v dnešním boji typu "urvi, co můžeš" zcela nežádoucí.

Nežádoucí jsou především jakékoliv opravy, takže to, co píšeš, už je něco jako úplně nereálný sen.

Paradoxní na tom všem (nakonec ale jako u jakýchkoliv "systémových řešení") je, že opět je bitý koncový uživatel, resp. běžný živnostník, co by onu věc chtěl opravit... Když danou věc bude chtít zkopírovat a vyrábět v megasériích PRCák, vždycky si poradí.

Poradí si i Rusák a jiní.

[Lojza1]

rnbw: Bohužel to nemusí úplně vždy platit. Konkrétně jsem měl na mysli EPROM v mikrořadiči MHB8748. Vypálil jsem si jich pro jistotu několik kusů. To vypalovací zařízení bylo takové vyrobené na koleně z toho, co jsem tenkrát měl. Sice je to řízené Sinclair QL a stále by se to jistě dalo nějak zprovoznit, ale byla by to komplikace. Mám rozestavěnou poloautomatickou vypalovačku, čtečku, kopírku a editor na přiměřeně malé EPROM včetně mikrořadičů, PROM a mých simulátorů ROM se statickými RAM. Ta je hardwarová, sestavená z hradel, čítačů a pod., ovládá se otočným přepínačem, tlačítky a spoustou switchů a jumperů, data se vkládají otočnými binárními přepínači a s adresami se zobrazují na LEDkách a segmentovkách. Má to i vlastní vestavěnou RAM ze dvou MHB2114. Teď je to ve stavu, kdy už se s tím dají vypalovat PROM, a motivace k dokončení tím ochabla. 8748 bych s tím zatím nevypálil, nemám k tomu hotové další nastavitelné stabilizátory a elektronické spínače.
Komerční vypalovačky byly třeba určeny k nějakému počítačovému zázemí a měly nějaké softwarové příslušenství. To všechno je s odstupem ošemetné.

[rnbw]

Ano, Cinan s tym problem nema. Casto mu ani nestoji za to kopirovat cely vyrobok. Otestuje a omera original a naprogramuje to znovu - do lacneho cinskeho procesora.

[rnbw]

Ano, Cinan s tym problem nema. Casto mu ani nestoji za to kopirovat cely vyrobok. Otestuje a omera original a naprogramuje to znovu - do lacneho cinskeho procesora.

[Lojza1]

Jak připomněl EC1045, Tesla součástky třídila a označovala i z pozice uživatele. Nejenom že je z pozice výrobce třídila do různě povedených typů.
Jak jsem se teď díval na dokumentaci k čítačům 7493, viděl jsem to obdobné zmíněným MH74Sxx s deklarovaným minimálním zpožděním. Západní výrobci neuvádějí parametry zaručující přímé snížení modulo resetovacími vstupy nejen u 74LS93A a ALS93, ale ani u 7493A. Tesla nic jako MH74ALS93A nejspíš nevyráběla, protože jsem je ani v katalozích nenašel. Jinak by u nich asi ty potřebné hodnoty uváděla. K sovětským 74LS93(A) jsem teď žádné údaje nenašel. Doplněno: Beru zpět. Špatně jsem se díval a typickou hodnotu jsem považoval za minimální hodnotu. Minimální hodnota tam není. Takže pokud se to nějak neotestuje, což s nějakou rezervou není v tomto případě úplně snadné a prostý test funkce není sichr, tak je funkce nezaručená a platí to asi pro všechny čítače typu 7493. Řešením pro domácí bastlení může být to otestovat a pak ještě doplnit nějaké zpoždění, třeba RC. Je to řešení nic moc. Čistým řešením je reset podržet klopným obvodem RS. Příklad řešení je ve vlákně o krystalovém oscilátoru necitlivém k parazitním kapacitám v sekci Teorie, kde ukazuji děličku pro PPL.
Přehodnocuji svůj pohled na solidní návrh a na katalogové údaje. Říkám si, že solidní výrobce by v odůvodněných případech měl být schopen využívat nedokumentované vlastnosti součástek, pokud je důvodně předpokládá a je schopen je individuálně ověřovat. Celkově by tak jako tak měl být schopen funkci součástek kontrolovat. Pokud už výrobce součástek uvádí navíc oproti konkurenci nějaký důležitý parametr usnadňující návrh, je to významná pomoc zpřístupňující daný návrh i hůře vybaveným drobným výrobcům. Přístup velkých západních výrobců součástek byl asi racionální v jejich prostředí. Chceš využít nějaký ne úplně nejzákladnější parametr? Tak si ho otestuj. Nemáš na to vybavení? Tak třeba emituj akcie a investuj. Ať už nějaké hodnoty uvádí v katalogu Tesla nebo Texas Instruments, je to užitečné pro případnou reklamaci a pro částečnou orientaci při návrhu. Pro výrobu je třeba důležité hodnoty ověřovat přiměřeně požadavkům na spolehlivost.
Pokud se součástky používaly způsobem předpokládaným v komerční oblasti, třeba jako procesor a jeho přídavné obvody s nějakou glue logic okolo, a není to komplikované řešení, tak by asi mohly stačit dokumentované vlastnosti a mělo by to bez jejich ověřování fungovat přiměřeně spolehlivě.

[Lojza1]

Psal jsem tady o mém opatrném vztahu k polovodičům s plovoucími hradly. U některých výrobce uvádí minimální retenci pouhých 10 let.

Zdržím se ještě v odbočce od dynamického hazardu. Předpokládejme, že pokud se pojistkové PROM udrží i za provozu studené dynamickým spínáním napájení, mohly by se téměř vyrovnat maskou programovaným pamětem. Ale mají malou kapacitu a celkově je jejich použití trochu nepohodlné. Uvažuji, jak se vypořádat s retencí plovoucích hradel.

Určitým řešením by mohlo být, že některé paměti umožňují změnit citlivost na náboj v plovoucím hradle za účelem verifikace obsahu. Napadá mě tedy, že by přístroj osazený takovými pamětmi mohl mít k dispozici elektronický přepínač jejich napájecího napětí mezi +5 V a +6,25 V. Třeba při zapnutí by se mohla paměť zkopírovat do RAM a potom s napájením +6,25 V zkontrolovat. Pokud by verifikace selhala, ještě by se dal obsah při napájení +5 V zachránit a znovu vypálit. To by ale reálně skoro nešlo bez servisního zásahu. Není to rozšířenou praxí a pokud nějaké zařízení je tak důležité, že by byl obsah takto testován, snad by se dal i alternativně někde dohledat a kontrola by měla větší význam pro provozní spolehlivost, než pro opravu.
Nejsem si tím teď úplně jistý, systematicky jsem to nezkoumal, ale myslím si, že i u starších malých EPROM se dá rezerva v náboji plovoucího hradla možná testovat nějakým vhodným napětím na vstupu Upp při čtení, namísto obvykle předepsaných +5 V. Sám jsem to opravdu nezkoušel a ani jsem o tom nečetl, ale čtení u těchto pamětí je tím napětím nějak ovlivněno a při uzemněném pinu Vpp paměti mohou fungovat správně i nefungovat. Třeba by se při vhodném napětí na tom pinu dal i správně přečíst zesláblý obsah. Nemá s tím někdo zkušenosti? Nebo, nezkoumal někdo v literatuře, jak ten pin případně ovlivňuje plovoucí hradla mimo programovací impuls? Mám na mysli 2716 a podobné typy.
Paměti FLASH mívají řadič, který by kontrolu při snížené citlivosti a případně obnovu obsahu mohl zajistit bez demontáže z desky. Ale nikde jsem si nevšiml, že by to nějaká taková součástka umožňovala. Nebo že by alespoň umožňovala zvenku řídit tu citlivost resp. prahovou úroveň zesilovačů.
Asi to nějak automaticky dělají řadiče vysokokapacitních FLASH karet.

[rnbw]

Niekolkokrat sa mi podarilo zachranit obsah flash citanim pri znizenom napati.

Jeden pripad:
Z 3,3V som znizoval postupne o 0,1V a opakovane cital. Obsah sa nemenil. Az pri 2,5V sa objavili asi 4 zmenene bity. Podobny ucinok malo ochladenie chladiacim sprejom (tam som nasiel len 3 bity). Tento obsah som dal do novej flash a zariadenie ozilo.

Pri este viac znizenom napati uz bolo zmenenych mnoho bitov. Takze ta hranica je dost tenka.

[rnbw]

Niekolkokrat sa mi podarilo zachranit obsah flash citanim pri znizenom napati.

Jeden pripad:
Z 3,3V som znizoval postupne o 0,1V a opakovane cital. Obsah sa nemenil. Az pri 2,5V sa objavili asi 4 zmenene bity. Podobny ucinok malo ochladenie chladiacim sprejom (tam som nasiel len 3 bity). Tento obsah som dal do novej flash a zariadenie ozilo.

Pri este viac znizenom napati uz bolo zmenenych mnoho bitov. Takze ta hranica je dost tenka.

[Lojza1]

rnbw: Zajímavá a jistě užitečná zkušenost. Zvláště pokud se to tak povedlo opakovaně.
S tím napájením 6,25 V u EPROM je to vlastnost dokumentovaná v datasheetu a využít ji už není takový okultismus. Ale pokud by se to takto včas neodchytlo, tak zbývá experimentovat jako s těmi zmíněnými FLASH. Byl to s nimi vlastní spontánní pokus, nebo to vycházelo z nějakých publikovaných poznatků, kde by se toho psalo víc?