22987

Діагностика несправностей у мікропроцесорних системах

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Тут можна навести таку наочну аналогію: візьміть на сторінці друкованого тексту вертикальний рядок літер що розташовані одна над одною і спробуйте встановити зміст тексту. Тому третя трудність полягає у тому щоб будьякимсь чином представити інформацію що міститься у вихідному тестсигналі у компактній та зрозумілій формі по якій можна було б судити про справність або несправність пристрою що перевіряється. Тестпрограма повинна бути періодичною щоб можна було проконтролювати відтворюваність її результатів від кількох актів тестування....

Украинкский

2013-08-04

739 KB

7 чел.

Лекція № 21

Діагностика несправностей у мікропроцесорних системах

Несправності - постійне явище при експлуатації радіоелектронних схем. І хоча надійність пристроїв, що складаються з цифрових інтегральних схем, вища за надійність аналогових пристроїв, складність сучасних цифрових радіоелектронних систем робить пошук їх несправностей роботою вельми складною і трудомісткою, що потребує високої кваліфікації. Як правило, усунути знайдену несправність легше, аніж її знайти.

Звичайно, розпочинаючи пошук несправностей, слід спочатку спробувати знайти їх найпростіші причини: пильно оглянути схему - чи немає де-небудь обірваних провідників, коротких замикань, перепалених резисторів, треба перевірити наявність та величину напруги живлення, тощо.  Особливо дбайливо слід перевірити справність розємів. Якщо така проста перевірка не дає результатів, слід приступити до послідовного тестування вузлів пристрою.

При ремонті цифрової техніки важливо лише знайти несправну мікросхему і замінити її. Самі ж мікросхеми, як відомо, ремонту не підлягають. Тому важливо розробити надійну і швидку методику тестування цифрових пристроїв.

Проблеми, які виникають при аналізі сигналів

у колах мікропроцесорних систем

При пошуку несправностей у аналогових системах діють таким чином: подають на вхід пристрою деякий тест-сигнал і дала за допомогою вольтаметра та осцилографа простежують його проходження по схемі. Повинні бути відомі напруги та форми сигналу у різних контрольних точках справної схеми - ці штатні напруги та епюри наводяться звичайно у інструкції по експлуатації та ремонту пристрою. Той вузол, у якому вигляд сигналу починає відрізнятись від штатного, і виявляється здебільше місцем несправності.

У цифровій техніці такий простий метод виявляється непридатним. Будь-який окремий провідник у цифровій схемі, що оперує даними у паралельному форматі, несе на собі лише малу частину інформації, що знаходиться у даний момент у системі. Ця частка змінюється майже довільним чином при зміні сигналів що циркулюють по системі.

Тут можна навести таку наочну аналогію: візьміть на сторінці друкованого тексту вертикальний рядок літер, що розташовані одна над одною, і спробуйте встановити зміст тексту. Тут кожний такий вертикальний рядок подібний до розряду у паралельному форматі.

Якщо сигнал, взятий з одного окремого розряду проосцилографувати, то одержимо якусь нерегулярну послідовність імпульсів. Виявити у ній якісь закономірності і зміст практично неможливо. До того ж виникає питання - який саме розряд шини даних або шини адреси слід обирати?

Друга трудність полягає у тому, що при подачі на вхід пристрою, що перевіряється, деякої тестової програми результат на виході може виявитись неоднозначним. У системі, що випробовується, можуть знаходитись тригери та регістри, і інформація, яка була раніш записана у них, може відбитися на характері вихідного сигналу. Тому тестові програми мусять бути досить великими і тривалими, щоб задіяти усі елементи і вузли (включаючи елементи з памяттю), і  одержати при “прокручуванні” тестової програми однозначні і відтворювані результати.

Але навіть тоді, коли при проходженні тестової програми вдається домогтися відтворюваності результатів, вихідний сигнал буде періодичним лише на великих відрізках часу (порядку багатьох сотень та тисяч тактів), зостаючись на коротких проміжках часу псевдовипадковим. Тому третя трудність полягає у тому щоб будь-якимсь чином представити інформацію, що міститься у вихідному тест-сигналі, у компактній та зрозумілій формі, по якій можна було б судити про справність або несправність пристрою, що перевіряється.

Підрахунок переходів

Широко застосовуваний і простий спосіб компактного подання подібних псевдовипадкових послідовностей полягає у тому, що підраховується кількість переходів сигналу від одного стану до іншого (наприклад, переходів від високого рівня до низького або навпаки). Одержане число може вказувати на  справність або несправність  роботи вузла. Кількість переходів має бути досить великою, бо тест-програма повинна передбачати всебічний контроль вузла. Але при цьому мають бути виконані такі умови:

підраховування переходів має відбуватися протягом чітко визначеного проміжку часу, що вимірюється кількістю тактів випробовуваного пристрою. Цей проміжок часу має назву “часового вікна”.

у часовому вікні має виконуватись певна тест-програма, котра всебічно перевіряє роботу вузла. Тест-програма повинна бути періодичною, щоб можна було проконтролювати відтворюваність її результатів від кількох актів тестування. Початок тест-програми повинний бути жорстко привязаний до початку часового вікна.

Заздалегідь проаналізувати процедуру тестування і передбачити  кількість переходів практично неможливо. Тому це число визначається експериментально на деякій відомо справній схемі. У документації пристрою вказується який має бути вірний (штатний) результат підрахунку переходів у кожного з вузлів (при заданому часовому вікні і тест-програмі). Співпадіння результатів тестування зі штатним дає підстави вважати схему справною, а розходження вказує на її несправність.

Метод підрахунку переходів дає задовільну імовірність виявлення несправності системи. Досвід показує, що невиявлення несправностей за таким методом складає лише кілька відсотків.

Сигнатурний метод

Більшу імовірність виявлення несправностей цифрових пристроїв дає сигнатурний метод. При цьому імовірність невиявлення несправностей знижується до 10-2 - 10-3 %.

У сигнатурному методі використовуються ті ж поняття про часове вікно і тест-програму, що і в попередньому методі підрахунку переходів. Але тепер вже враховуються і запамятовуються не кількість переходів між рівнями, а конкретне значення сигналу у кожному такті. З першого погляду це здається неможливим, бо оброблювані часові послідовності можуть бути вельми великими і тривати багато тисяч тактів. Однак у сигнатурному методі вдається у якійсь мірі це зробити.

Принципіальна схема сигнатурного аналізатора зображена на рис.21.1. Вона складається з зсувного регістра (у даному випадку - шістнадцятирозрядного) і вхідного логічного пристрою що являє собою багаторозрядну схему нерівнозначності. Перед  початком вимірів усі комірки регістра обнулюються. Далі при кожному такті у наймолодший розряд (1) записується чергове значення вхідного сигналу, а усі раніш записані значення зсуваються на один розряд ліворуч. Якщо б усе було саме так, то в регістрі опинилися б записаними значення вхідних сигналів за чергові 16 тактів; далі записана інформація “витискалася” б з найстаршого розряду і втрачалася б.

Але у сигнатурному аналізаторі передбачений зворотний звязок між окремим розрядами регістра і його входом. Цей зворотний звязок здійснюється через багатовходову схему виключаючого АБО з 7,9,12 та16 розрядів регістра. Вказана на рисунку логічна схема має пять вводів і видає одиницю на  вході регістра лише тоді, коли на її входах є непарна кількість одиниць.

Завдяки зворотному звязку сигнал, що проходить через регістр, не втрачається безповоротно, а певним чином “віддруковується” на нових вхідних сигналах. Зсувний регістр набуває “памяті”, завдяки якій біти, що пройшли крізь нього і давно втратилися, продовжують справляти якійсь вплив на записані в ньому дані. Тому якщо  зупинити у деякий момент потік вхідних даних, у регістрі виявиться якесь шістнадцятирозрядне число, у формуванні якого прийняли участь усі біти, які раніш проходили через регістр. По цьому числу, звичайно, не можна відтворити послідовність усіх попередніх вхідних сигналів що його зформували. Але якщо б ми повторили експеримент і подали на вхід таку ж саму послідовність імпульсів, то у регістрі було б зафіксоване точно таке ж число. Це число має назву сигнатури даної послідовності і представляє її у стиснутій і компактній формі.

Одержання сигнатур робиться таким чином:

вміст зсувного регістра обнуюється;

випробовувана система стимулюється до роботи заданою тест-програмою;

випробування триває протягом певного числа тактів ( часового вікна);

протягом часу випробування вхід сигнатурного аналізатора має бути підключеним до випробуваного вузла і по закінченню часового вікна у регістрі залишиться сигнатура даного вузла від даної тест-програми.

Передбачити заздалегідь, якою має бути одержана сигнатура від того чи іншого вузла, практично неможливо. Тому вірна сигнатура визначається для даного вузла експериментальним шляхом, від відомо справної схеми. Значення сигнатур (разом з їх тест-програмами) наводяться у технічній документації пристрою. Сигнатура цілком однозначно визначає справність вузла або приладу.  Невідповідність сигнатури хоча б в одному розряді вказує на несправність випробовуваного приладу. Не може бути “майже вірної” сигнатури. Вона може бути або вірною, або невірною.

Схема сигнатурного аналізатора, що складається з 16-розрядного зсувного регістра зі зворотними звязками з вказаних розрядів, була запропонована фірмою Хьюлетт-Паккард і дістала зараз стану стандарту. Хоча, в принципі, можна було б робити регістр іншої величини і утворювати зворотний звязок з інших розрядів, стандарт Хьюлетт-Паккарда є науково обгрунтованим і вважається оптимальним.

Цією ж фірмою була введена і дістала повсюдного застосування у сигнатурних аналізаторах своя система символів для шістнадцатькових чисел, котра у якійсь мірі зручніша від загальноприйнятої (табл.21.1).

       Табл.21.1.

 

Десяткова

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Шістнадцатькова

звичайна

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F

Шістнадцатькова

Хьюлетт-Паккард

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

C

F

H

P

U

За допомогою сигнатурних аналізаторів можна випробовувати не лише складні мікропроцесорні системи, але і будь-які простіші цифрові пристрої. Слід лише визначитися відносно тест-програм і часових вікон.

Метод контрольних сум

Контрольні суми являють собою дуже простий і ефективний спосіб перевірки роботи ПЗП і  записаних до них даних.

Для складання контрольної суми підсумовуються підряд усі числа записані у комірках ПЗП. Переповнення, що при цьому виникає, ігнорується; інтерес являють лише два наймолодші шістнадцатькові розряди. Якщо хоча б у одній із комірок ПЗП було  записано невірне число (або ПЗП його невірно відтворив), то ця помилка проявиться у контрольній сумі незалежно від кількості доданків. Звичайно, може трапитись так, що помилка у одному з доданків буде зкомпенсована помилкою у іншому. Але імовірність такої компенсації вельми мала.

Цим же методом можна перевіряти і справність оперативних запамятовуючих пристроїв (наприклад, оперативну память ЕОМ). Для цього у всі комірки ОЗП попередньо завантажується якась константа (наприклад, 55Н або ААН) і потім підраховується контрольна сума.

Самоконтроль в ЕОМ

В міру ускладнення ЕОМ та мікропроцесорних систем першорядне значення набуває необхідність вбудованих до них систем самоконтролю. У ідеалі машина при вімкненні живлення повинна здійснювати самоконтроль усіх своїх вузлів і не запускатися при виявленні їх відмови. Вона має також вказати на підозрювану секцію або вузел, щоб їх можна було легко знайти і замінити. Такими системами самоконтролю в тій чи іншій мірі обладнані усі сучасні електронно-обчислювальні машини1.

Ідея попереднього тестування полягає в тому, що перед випробуваним блоком програмою ставиться певна тест-задача, при виконанні якої будуть задіяні усі ресурси цього блоку. Якщо результат виконання виявиться вірним (штатним), то блок вважається справним.

Найпростішим прикладом такого тестування, яке наочно робиться усіма машинами при їх запуску, є перевірка памяті - ПЗП та ОЗП. Ця перевірка робиться описаним вище методом контрольних сум. При ній окрім самого ПЗП або ОЗП перевіряються також усі дешифратори адрес та шина даних.

Для перевірки портів з одного порту до іншого переганяються задані числа (так щоб були задіяні усі біти). Введене число порівнюється з виведеним. Інші складніші блоки перевіряються методом сигнатур за допомогою тест-програм, закладених у систему самоконтролю ЕОМ.

Метод емуляції

Емуляція - це процес, у якому одна більш складна і “висококваліфікована” система використовується для виконання функцій другої, менш “кваліфікованої” системи. При цьому дії “нижчої” системи, котрі звичайно виконуються апаратно, здійснюються “вищою” системою за рахунок її програмних можливостей.

Так у мікропроцесорній техніці пристрій-емулятор може виконувати функції різних вузлів другого мікропроцесорного пристрою, тимчасово на період тестування замінюючи їх. Дійсно, у радіоелектроніці одним з основних методів пошуку несправностей є метод заміщення: підозрюваний вузел або деталь замінюють відомо справним вузлом або деталлю. Якщо при цьому функціонування системи відновлюється, то джерело несправності виявляється знайденим.

Так само і емулятор замінює підозрюваний блок мікропроцесорної системи. Широкі програмні можливості існуючих ЕОМ дозволяють універсально використовувати машину-емулятор для заміни нею різних блоків випробуваної системи. При цьому, природно, емулятор треба щоразу перепрограмовувати під функції блоку, котрий він має заміняти.

Логічний аналізатор

Описані вище методи перевірки роботи складних цифрових пристроїв дають лише інформацію про їх справність чи несправність і дозволяють, у кращому випадку, визначити місце несправності. Але вони не дають жодних відомостей про протікання процесів у випробовуваних схемах і взаємовідносини сигналів у різних його частинах, що часто-густо являє значний інтерес для визначення характеру несправності.

На початку даної глави йшлося про те,  що осцилографування сигналу  взятого з одного окремого розряду не може дати скільки-небудь корисної інформації оскільки сигнали передаються всередині ЕОМ здебільше у паралельному форматі і на одній лінії шини даних, адреси або керування міститься лише її мала частина, по якій судити про процеси в машині дуже важко. Але якби перед нами була уся картина сигналів, що передаються по усіх лініях усіх шин і до того ж на протязі досить тривалого відрізку часу, то така інформація могла б бути вельми корисною. Співставляючи миттєві значення рівнів сигналів  на різних лініях у різні моменти часу, можна було б виявити певні закономірності, по яких можна було б судити про роботу різних вузлів та міру їх справності.

Для цих цілей міг би згодитися багатопроменевий осцилограф з памяттю, який був би здатний відображати на екрані хід кількох сигналів взятих з різних точок схеми. Але промисловість виготовляє серійно лише двохпроменеві  осцилографи з памяттю, та й вони являють собою досить дорогі і складні прилади. До того ж момент запуску їх розгортки нелегко “привязати” до початку інтервалу часу протягом якого виконується цікава для нас частина програми. Зручнішим і доцільнішим виявляється спеціальний пристрій - логічний аналізатор який працює на основі цифрових методів обробки та зберігання інформації.

Логічний аналізатор - це прилад, який здійснює огляд і зберігання сукупності логічних сигналів у реальному масштабі часу і подає ці сигнали у формі зручній для користувача. Існуючі логічні аналізатори можуть мати до 32 входів, на які подаються сигнали з відповідної кількості точок випробуваного пристрою (наприклад, з 16 ліній ША, 8 ліній ШД та 8 ліній ШК). Ці сигнали заводяться на довгі (до 64 комірок) зсувні регістри і зсуваються в них тактовими імпульсами від випробуваного пристрою. Таким чином у зсувних регістрах логічного аналізатора - матриці 32х64 бітів - знаходиться поточна інформація про стан 32 сигналів на даний момент часу та ще й від 63 попередніх тактів. Ця інформація  “біжить” по комірках регістрів і втрачається на їх виходах.

Задача полягає в тому щоб “зупинити” цю інформацію у потрібний момент часу і подати її у формі зручній для огляду. Для цього до початку роботи оператором закладається у спеціальний регістр певне кодове слово, з яким порівнюються  сигнали що надходять від випробуваного пристрою. Таким словом може бути декотра адреса, слово даних або певний керуючий сигнал. У момент, коли у потоці цифрових сигналів, що потрапляють на вхід аналізатора, зустрінеться подібне слово, воно буде впізнано схемою порівняння і зупинить роботу зсувних регістрів, зафіксувавши їх вміст.

Далі вміст цих регістрів буде виведений у зручній формі на дисплей. У найпростішому випадку це можуть бути одиниці і нулі згруповані для зручності по чотири. Приклад такого зображення подано у таблиці 21.2.

        Табл.21.2.

Такт        Шина  адреси       Шина   даних  

  0 0110 1011 0011 1100  0011 1110 1101 1110 0111

  1 0101 0010 1010 0001  1011 0101 0000 1000 1100

  2 1101 1110 0011 0000  1010 1010 0010 0001 0111

  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

  n 1100 0110 1000 1100  1100 1101 1111 0101 1001

Тут по вертикалі іде стан даного розряду для послідовності тактів. По горизонталі біти групуються у тетради для ША, ШД та ШК.

У більш досконалих приладах замість двіійкових тетрад ця ж інформація може бути подана у вигляді  шістнадцатькових  чисел (табл.21.3). І нарешті, найбільш “розумні” прилади можуть переводити сигнали шини даних у мнемонічний запис. У декотрих логічних аналізаторах вміст регістрів видається у вигляді часових діаграм і на екрані монітора одержується картина подібна до тої, яка б мала місце на багатопроменевому осцилографі з памяттю.

Відтворюючи фрагмент за фрагментом (по 64 такти у кожному фрагменті), можна продивити таким чином усю програму. Робота ЕОМ буде “як на долоні” - можна спостерігати роботу усіх її вузлів на протязі усієї програми. До цього ж слід додати, що зупинку по впізнанню кодового слова можна “привязати” не тільки до моменту його одержання (у цьому випадку ми побачимо 64 такти що передували цьому слову), але й через 64 після впізнання кодового слова ( тоді ми побачили б 64 такти наступні за цим словом). Можна реалізувати також і усі проміжні варіанти, спостерігаючи фрагменти програми що ідуть перед кодовим словом або після нього.

1 Так наприклад, усі процесори, починаючи з МП-386, здійснюють при своїй ініціалізації перевірку 75 - 90% вузлів ПЕОМ.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42599. Изучение конструкции и геометрических параметров спиральных сверл 517 KB
  Угол наклона винтовой канавки а расчетный б по отпечатку в по угломеру ЛМТ ω1 ω2 ω3 280 270 270 9. Угол при вершине сверла Угол при режущей кромки 1 Угол при режущей кромки 2 2φ φ1 φ2 3440 34020’ 34020’ 11. Угол наклона поперечной режущей кромки: по угломеру ψ 5310 13. Главный задний угол в осевой плоскости: rx=09r rx=04r 108 48 16.
42600. ФИЗИОЛОГИЯ СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ. КРОВЯНОЕ ДАВЛЕНИЕ И ПУЛЬС 220.37 KB
  Кровяное давление как основной показатель гемодинамики. Факторы, обуславливающие величину артериального и венозного давления. Методы исследования. Артериальный и венный пульс, их происхождение. Анализ сфигмограммы и флебограммы.
42601. Конструктивные элементы и геометрические параметры фрез 150.5 KB
  Фреза — инструмент с несколькими режущими лезвиями (зубьями) для фрезерования. Виды фрез по геометрии(исполнению) бывают — цилиндрические, торцевые, червячные, концевые, конические и др. Виды фрез по обрабатываемому материалу - дерево,сталь, чугун, нержавеющая сталь, закаленная сталь, медь, алюминий, графит. Материал режущей части — быстрорежущая сталь, твёрдый сплав, минералокерамика, металокерамика или алмаз, массив кардной проволоки.
42602. Классификация токарных резцов 82 KB
  Характеристика резцов Материал режущей части Назначение Форма и расположения головки Направления подачи Конструкция Характер обработки Форма передней поверхности 1 ВК 6 Проходной прямой левый Прямая Левое Напайная Черновая Плоская с положительным передним углом 2 ВК 8 Подрезной торцевой левый Прямая Левое Напайная Черновая Плоская с положительным передним углом 3 ВК 8 Подрезной торцевой левый Отогнутая Левое Напайная Черновая Плоская с положительным передним углом 4 Проходной прямой левый Отогнутая Правое Цельная Черновая Плоская с...
42603. Формы в HTML-документах 80 KB
  enctype Атрибут указывающий способ кодирования содержимого формы для передачи программеобработчику. type Атрибут type определяет вид элемента INPUT. Значения атрибута type элемента INPUT: type= text по умолчанию Создание поля ввода в котором можно сразу после загрузки страницы разместить произвольный текст используя атрибут vlue. Например INPUT nme= T1 vlue= Родион type= pssword Создание поля для ввода пароля.
42604. Настольный горизонтально-фрезерный станок модели НГФ-110Ш 625.5 KB
  Оснащение: горизонтально – фрезерный станок модели НГФ110Ш; плакаты и электрифицированные стенды для изучения устройства и кинематической схемы фрезерного станка; набор инструментальных инструментов методические пособия. Горизонтальнофрезерный станок1 фундаментная плита 2 станина 3 консоль 4 салазки 5 стол 6 хобот 7 оправка со фрезойОтличается от универсальнофрезерного станка отсутствием поворотного устройства то есть стол станка может перемещаться только перпендикулярно или вместе с салазками параллельно оси...
42606. Табличный процессор Microsoft Excel 94.5 KB
  Настроить внешний вид таблицы – выделить ее выбрать Формат Ячейки. В закладке Число нажать на кнопку – выбрать ячейку В2 Должно получиться: Число В2 = 0. В закладке Число для функции BS нажав на кнопку – выбрать ячейку С2 Должно получиться: Число С2 = 0. Выбрать: График самый верхний левый; Нажать Далее посмотреть вид графика; Нажать Далее; Заполнить: Название диаграммы: график функций f1x f2x Ось Х: х радианы Ось Y: f1x f2x.
42607. Постмодернистские теории Н. Луман, Э. Гидденс 16.15 KB
  Исследование диаграмм компонентов и развертывание обретение навыков в их использовании. Диаграмма компонентов Архитектура ПО это представление ПО с помощью базовых элементов трех типов: компонентов соединителей и данных. Диаграмма компонентов Component digrm описывает физическое представление системы и обеспечивает переход от логического представления к реализации проекта в форме программного кода. Стереотипы компонентов такие: база данных DB; модуль который выполняется .