The use of watchdog timer for restoration of microprocessor systems with enhanced fault tolerance to influence of electrostatic discharges

Authors

  • Bieliavin V.F. https://orcid.org/0000-0003-3992-1184 , Institute of Mathematical Machines and Systems Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.34121/1028-9763-2021-2-81-89

Keywords:

microcontroller, electrostatic discharge, fault tolerance, damage, failure, types of failure, hang, work capacity, microcontroller restart, мікроконтролер, електростатичний розряд, відмовостійкість, пошкодження, відмова, вид відмови, стан зависання мікроконтролера, працездатність, перезапуск мікроконтролера

Abstract

Microprocessor systems, which are designed for long-term continuous operation in a standalone mode, must provide a minimum downtime during their exploitation. The impact of electrostatic discharges on a microprocessor system can cause its damage. Damage to the system is the cause of its malfunction that can be either a self-resolving failure or a failure which is eliminated by minor operator intervention. This failure can lead to a hang of the microprocessor system which increases the system downtime and reduces the efficiency of its usage. According to the results of the study of the behavior of systems under failure both in laboratory conditions and directly at enterprises, a basic electrical circuit and an algorithm for the operation of an external watchdog timer relative to the microprocessor have been developed which allows to restore the microprocessor of autonomous systems after its exposure to electrostatic discharges that do not exceed the destruction threshold by restarting it by power in the automatic mode. The hardware and software implementation of the developed method for increasing the fault tolerance to the effects of electrostatic discharges is presented and put into operation. Efficiency of this technical solution is confirmed by the results of the exploitation during a few years of several hundred microprocessor systems at various Ukrainian enterprises for military, industrial, residential and municipal purposes. The solution of this problem had been performed by the author of this article at the level of absolute world novelty what is confirmed by a patent.

References

ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике (ССНТ). Термины и определения. Межгосударственный стандарт. МКС 21.020. Дата введения 2017-03-01. Москва: Стандартинформ, 2015. 24 с.

Белявин В.Ф. Метод восстановления работоспособности микропроцессорных систем высокой готовности при отказах, связанных с воздействием электростатических разрядов. Математичні машини і системи. 2019. № 1. С. 179–190.

Пискун Г.А., Алексеев В.Ф. Контроль функционирования микроконтроллеров при воздействии электростатических разрядов. Доклады БГУИР. 2012. № 6 (68). С. 12–18.

Горлов М.И., Строгонов А.В. Воздействие электростатических разрядов на интегральные микросхемы. Компоненты и технологии. 2008. № 3. С. 188–192.

Брылева О.А., Пискун Г.А., Алексеев В.Ф. Основные механизмы повреждения микроконтроллеров вследствие влияния электростатических разрядов. Вестник Белорусско-Российского университета. 2013. № 2 (39). С. 130–137.

Карпович М.С., Лысь В.Д. Разработка электростатической защиты элементов ввода – вывода интегральных микросхем, выполненных по субмикронной высоковольтной КМОП технологии. Вестник СибГУТИ. 2015. № 3. С. 55–65.

Абрамешин А.Е. Методология проектирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов с учетом воздействия поражающих факторов электризации: дис. … д-ра техн. наук. Москва, 2017. 262 с.

Пискун Г.А., Алексеев В.Ф. Влияние разрядов статического электричества на программное обеспечение, инсталлированное во встроенную flash-память микроконтроллеров. Радиоэлектроника и информатика. 2012. № 3 (58). С. 8–12.

Бєлявін В.Ф. Сторожовий таймер мікропроцесорних систем високої готовності: пат. 123413 Україна; заявл. 01.04.2019; опубл. 31.03.2021. Промислова власність: оф. бюл. 2021. № 13, Т. 1. С. 3.55.

Киселев Е.Ф. Устройство для формирования импульсов: пат. 2256288 РФ; заявл. 13.02.2004; опубл. 10.07.2005. Изобретения и полезные модели: оф. бюл. 2005. № 19. 17 с.

AT89S8253.DATASHEET. URL: https://www.alldatasheet.com/ datasheet.

ADM8324. DATASHEET. URL: https://www.alldatasheet.com/datasheet.

Reliability handbook. URL: https://www.analog.com.

Beebe S.G. Characterization, modeling and design of ESD protection circuits. Technical Report prepared under Semiconductor Research Corporation Contract 94-SJ116. 1998. March. 206 р.

MAXIM. Application note 651. ESD Protection for I. O Ports. 2000. March 13. URL: http://www.maxim-ic.com/an651 (date of access: 10.01.2018).

IRLR024. DATASHEET. URL: https://www.alldatasheet.com/ datasheet.

Device receiving and control security and fire PPKOP «Comcon-10». Technical conditions of Ukraine TU U 16473752.001-97. Kiev, 1997. 28 р.

Downloads

Views: 92
Downloads: 31

Published

2021-06-01

Issue

Section

QUALITY, RELIABILITY, AND CERTIFICATION OF COMPUTER TECHNIQUE AND SOFTWARE

How to Cite

The use of watchdog timer for restoration of microprocessor systems with enhanced fault tolerance to influence of electrostatic discharges. (2021). Mathematical Machines and Systems, 2, 81–89. https://doi.org/10.34121/1028-9763-2021-2-81-89