Formally Verifikatsiyalangan FPGA Watchdog – Tunnel ichidagi AM radio xavfsizligi

Transport tunnelari ichida mobil aloqa signalining yo‘qligi, favqulodda vaziyatlarda tezkor ogohlantirishni yetkazib berishni qiyinlashtiradi. Ushbu muammoni hal qilish maqsadida, Avstraliya universiteti tadqiqotchilari Red Pitaya FPGA platformasida 12-kanalli AM radio uzatish tizimini yaratdilar. Tizim nafaqat bir nechta chastotalarda oldindan yozilgan ogohlantirishlarni uzatadi, balki hardware‑watchdog yordamida har qanday dasturiy nosozlikda RF chiqishini avtomatik o‘chirib, inson nazorati talab qiladi.

Qanday ishlaydi?

Har bir kanal uchun 505 kHz‑dan 1605 kHz gacha bo‘lgan chastotalar NCO (Numerically Controlled Oscillator) yordamida yaratiladi. AM modulyatori audio signalini har bir carrierga qo‘shadi, natijada tunnel ichidagi leaky‑feeder kabellari orqali signal uzatiladi. Audio ma’lumotlar BRAM ichidagi 16 384 namunalik buferda taxminan 5 kHz tezlikda saqlanadi, bu esa uchta qisqa audio fayl (alarm, xabar‑1, xabar‑2) doimiy takrorlanishini ta’minlaydi.

Watchdogning o‘ziga xosligi

Oddiy watchdoglar qurilma to‘xtab qolganda uni qayta ishga tushiradi. Bizning tizimda esa, GUI (grafik interfeys) 5 soniya ichida “heartbeat” signalini uzatmasa, watchdog RF chiqishini o‘chiradi va uni qayta yoqish uchun operatorning qo‘lda reset tugmasini bosishini talab qiladi. Bu yondashuv tunnel ichida avtomatik qayta ishga tushirishning xavfli bo‘lishini oldini oladi.

Formal tasdiqlash – ishonchlilikni matematik ravishda isbotlash

Watchdogning to‘g‘riligini an’anaviy testlar o‘rniga formal verification (SymbiYosys + Z3) yordamida k‑induktsiya usuli bilan tekshirishdi. Barcha mumkin bo‘lgan holatlar, kirish signallari va holat kombinatsiyalari uchun tasdiqlash muvaffaqiyatli yakunlandi (6/6 cover statements). Bu, tizim har qanday vaqt davomida, har qanday konfiguratsiyada xavfsiz ishlashini kafolatlaydi.

Arxitektura va dasturiy ta’minot

• Backend: Rust + Tauri, TCP/SCPI protokoli orqali Red Pitaya bilan aloqa.
• Frontend: JavaScript, MVC pattern, event‑driven pub/sub bus.
• State machine: IDLE → ARMING → ARMED → STARTING → BROADCASTING → STOPPING.
• SCPI server: Python 3.5, matnli buyruqlarni FPGA ro‘yxatiga o‘zgartiradi.

GUI foydalanuvchiga kanalni yoqish/yoqmaslik, chastotani sozlash va uzatishni boshlash/stop qilish imkonini beradi. Har bir amaliyot hardware tasdiqlagan holatga asoslanadi, shuning uchun dasturiy xatoliklar signal uzatishni noto‘g‘ri boshqarish xavfini kamaytiradi.

Amaliy qo‘llanilishi va kelajakda rivojlanish yo‘nalishlari

Bu yechim tunnel qurilish va texnik xizmat ko‘rsatish paytida, shuningdek, yer osti transport tizimlarida (metro, podval yo‘llar) favqulodda signal uzatish uchun ideal. Hozirgi vaqt ichida 4‑5 kanalni bir vaqtning o‘zida ishlatish tavsiya etiladi; barcha 12 kanalni birgalikda qo‘llash uchun qo‘shimcha RF kuchaytirgich yoki DDR xotira kabi kengaytmalar kerak bo‘ladi.

Kelajakda, audio buferini kengaytirish, real‑vaqt audio oqimini DMA orqali uzatish va yangi Red Pitaya 125‑15 versiyasiga ko‘chish orqali tizimning samaradorligi oshirilishi rejalashtirilmoqda.