Диагностирование микропроцессоров

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

по дисциплине «Организация ЭВМ и систем»

на тему:

«Диагностирование микропроцессоров»

 

 

 

 

 

Руководитель: Бенда И.М.

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценка  ______________    ________________________   ________________________________

                                                   Подпись руководителя                         ФИО руководителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Введение…………………………………………..3
2. Диагностирование микропроцессоров………….4
3. Заключение………………………………………..10
4. Список литературы……………………………….11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время трудно представить  области науки или техники, в  которых не используют радиоэлектронные устройства и системы (РЭУиС). Различные виды бытовой техники от магнитофона и цветного телевизора до школьного компьютера, техника связи и передачи информации, автоматизации и управления (производством, судовождением, воздушным движением), робототехника, космонавтика, медицина и многие другие сферы человеческой деятельности применяют РЭУиС. Электроника лежит в основе дальнейшего развития важнейших направлений научно-технического прогресса, обеспечивающего перевод экономики на рельсы всесторонней интенсификации. В создании и производстве РЭУиС занято большое количество ученых, инженеров, техников и высококвалифицированных рабочих. Не меньшее число рабочих и инженерно-технических работников участвуют в их эксплуатации, обеспечивая эффективное функциональное использование.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Микропроцессорами в настоящее  время называют микроЭВМ, характеризуемые  узкоспециализированным назначением, малым потреблением энергии и объемом конструктивного исполнения, а также сравнительно низкой стоимостью. Основное применение микропроцессоров — встроенные вычислительные и управляющие РЭУ. В широком использовании микропроцессоров заинтересованы все отрасли народного хозяйства, и их поступление на эксплуатацию растет очень быстро.

Эффективное применение микропроцессоров связано с необходимостью их настройки  и регулировки в условиях эксплуатации, что вызывает потребность получения  информации о состоянии. Кроме того, в связи с широким применением  микропроцессоров (МП) возникает задача сокращения трудоемкости работ по их эксплуатации, что достигается рациональным выбором систем и методов их диагностики  и контроля.

По своей структуре  МП — сложные цифровые узлы, особенности  которых как объектов контроля состоят  в следующем:

1. Высокая сложность БИС, примером которой является однокристальный 8-разрядный МП, имеющий около 200 внутренних запоминающих элементов (информационных и управляющих регистров и триггеров) и соответственно 2²⁰⁰ возможных состояний.
2. Малое число контрольных точек схемы, доступных для непосредственного контроля и воздействия, по отношению к системам на цифровых ИМС средней интеграции; диагностирование таких схем приобретает косвенный характер.
3. Сложность и неразделимость аппаратуры МП, которую невозможно разбить на функциональные узлы; это вызвано тем, что МП обычно выполняются в виде одной схемной печатной платы, разделить которую на части не представляется возможным. Кроме того, в схеме МП часто совмещаются различные функции: управление и арифметическая обработка информации, программная память и функции ввода-вывода и др.
4. Высокое быстродействие МП, тактовая частота которых может достигать нескольких десятков мегагерц, если в их основе лежат биполярные процессорные секции.
5. Шинная организация МП, при которой к информационным магистралям подключается несколько функциональных узлов, что приводит к трудностям при выявлении узлов или трактов, искажающих информацию.
6. Возможности организации самоконтроля, которые состоят в том, что, будучи микроЭВМ и функционируя на основе микропрограммного управления, МП допускает использование в режиме сбора и обработки информации о состоянии элементов, входящих в соответственную систему. Для этой цели могут быть использованы различные тестовые программы, такие как цикличные пересылки унитарных кодов, подсчет контрольных сумм содержимого ПЗУ, запись-считывание информации в порты ввода-вывода и др. Основной объем работ при самоконтроле переносится на составление диагностических программ.
7. Стандартная форма электрических сигналов позволяет упростить контроль и свести его к определению данного состояния к зоне сигнала 1 или 0. Только в случае возникновения подозрений о выходе из строя одного или нескольких компонентов электронной схемы приходится прибегать к измерению аналоговых величин — длительности фронта, амплитуды и др.

Основным видом контроля МП является функциональный контроль, при котором  в качестве исходной информации для  построения тестовой программы используется алгоритм функционирования. При разработке тестовой программы в зависимости  от детализации МП, как ОДК, различают  системный и модульный методы диагностики и контроля. При системном  диагностировании МП рассматривается  как единая система, для которой разрабатывается тестовая программа.

При реализации модульного метода МП рассматривается как совокупность функциональных устройств (модулей), для  каждого из которых разрабатывается  своя тестовая программа. Отдельные программы объединяются, и образуется единая программа ТДК, составление которой оказывается проще, чем системной.

Формализация методов построения тестовых программ требует разработки математических моделей МП и возникающих в них неисправностей и отказов. Однако в силу большого разнообразия микропроцессорных БИС и других особенностей, которые приведены выше, процессы построения адекватных моделей МП вызывают значительные трудности. Поэтому для разработки тестовых программ применяются в основном эмпирические и эвристические методы.

Создание тестовых программ производится, как правило, на стадии исследования и разработки МП. Процедура контроля (рис. 1) определяется в зависимости

от функциональных задач. Тестовые воздействия носят программный  характер, но построение тестовых программ и анализ результатов разработчик  производит вручную на основании  представлений и структуры МП.

Контроль работоспособного состояния  МП на стадии эксплуатации представляется более простым, чем на стадии разработки по причине того, что, во-первых, вероятность  одновременного появления более  чем одной неисправности очень  мала, а во-вторых, контроль правильности работы МП требуется при решении  конкретных задач. На стадии эксплуатации должны предъявляться определенные требования к инструментальным средствам  контроля. Эти средства должны быть достаточно универсальными и автоматизированными, но при этом компактными и портативными.

Основными инструментальными средствами диагностики и контроля ЦУ и МП являются логические и сигнатурные  анализаторы. Инструментальные средства технической эксплуатации МП должны обладать следующими возможностями:

регистрировать последовательности логических состояний в различных  точках системы и на протяжении значительного  временного интервала;

регистрировать эти последовательности в связи с редкими (однократными) появлениями заданных комбинаций логических состояний;

регистрировать состояния контрольных  выходов в интервале времени, предшествующем выбранному событию;

оперативно представлять результаты измерений в различных форматах, удобных для потребителя информации.

Эти возможности реализуются в  логических анализаторах (ЛА), создаваемых  на базе стандартных серий ИМС с большим быстродействием и памятью большой емкости.   ЛА   являются приборами, предназначенными для измерений потоков двоичных данных (подобно тому, как осциллограф предназначается для измерения периодических электрических сигналов).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2 Схема логического анализатора

 

Логический анализатор состоит  из четырех основных блоков (рис. 2) — входных усилителей-компараторов, управления, регистрации и индикации — и имеет три режима работы — настройки, индикации и регистрации.

В режиме настройки оператор согласно плану измерений подключает щупы прибора к контрольным точкам и устанавливает режим регистрации.

В режиме регистрации сигналы с  контрольных точек поступают  на входные усилители-компараторы, пороговый уровень которых определяется элементной базой МП. Основные характеристики ЛА определяют разрядность, объем и быстродействие ЗУ блока регистрации. В настоящее время число каналов ЛА достигает 50, длина логической последовательности составляет 2048 бит, максимальная тактовая частота регистрации — 500 МГц.

В режиме регистрации ЛА работает до момента появления события, вызывающего  переход в режим индикации. Такими событиями могут являться, например, определенная комбинация логических состояний  на входах или заданная последовательность таких комбинаций.

В качестве устройства воспроизведения  в ЛА используется индикатор на ЭЛТ. Объем информации, одновременно выводимой  на экран, составляет 200.. 250 бит на канал. Для представления с его содержимого  ЗУ используется последовательный просмотр. Анализ результатов в ЛА автоматизируется. При этом применяются режимы сравнения, поиска заданного слова, вычисление контрольных сумм массивов данных и  др.

На экран индикатора ЛА выводится  таблица, где в позициях совпадения исследуемой последовательности с  эталонной воспроизводится 0, а при  несовпадениях — 1. На экран ЭЛТ можно выводить обе таблицы — эталонную и исследуемую, выделяя места несовпадений каким-либо знаком или повышенной яркостью.

Режим индикации в поиске характеризуется  выводом электронного указателя  на заданное слово, если таковое имеется  в регистрируемой последовательности.

Наиболее информативным способом выведения данных является графическое  отображение, по которому можно анализировать  все содержание ЗУ ЛА. При изображении  графа переходов все пространство экрана представляется в виде координатной плоскости. Каждой точке плоскости соответствует пара двоичных чисел, которые представляют старший и младший байты двоичных кодов, а яркость свечения точки пропорциональна числу кодов в отображаемой последовательности.

Управление режимами работы ЛА осуществляется с помощью МП. Микропроцессорное  управление при условии применения в ЛА интерфейсов для подключения  внешних устройств позволяет  автоматизировать процесс диагностирования МП.

Одной из основных операций при диагностировании МП является поиск возникшей неисправности. Для решения этой задачи разработан специальный метод, получивший название сигнатурный анализ. Сущность метода состоит в том, что длинная последовательность двоичных сигналов преобразуется в двоичное число, называемое сигнатурой. Под действием специальной тестовой программы в контрольных точках МП возбуждаются измеряемые двоичные последовательности. Сигнатуры контрольных точек заранее измеряются на работоспособной системе и указываются на принципиальной схеме МП. При поиске неисправности достаточно установить режим исполнения тестовой программы, проследить сигнатуры в контрольных точках от выхода к входу. Элемент схемы, у которого входные сигнатуры верны, а выходная неверна, является неисправным. Для поиска неисправностей методом сигнатур используется специальный алгоритм (рис. 3).

Для использования сигнатурного анализа  в процессе эксплуатации в МП изделия  вводят определенные средства, позволяющие  реализовать процесс анализа  простыми приборами. Такими средствами являются устройства размыкания цепи обратной связи в режимах контроля, так как с помощью сигнатурного анализа распознавать неисправные элементы схемы в контуре обратной связи не удается. Разрыв обратной связи для  монокристального МП осуществляется путем отключения шины данных от входа.

Одним из условий возможности применения сигнатурного анализатора является наличие схем,    вырабатывающих    сигналы «пуск» и «стоп», которые необходимы в анализаторе для выработки интервала времени накопления сигнатуры (измерительного «окна»). Для реализации сигнатурного анализа в составе МП должно быть ПЗУ, в котором содержится тестовая программа.

Сигнатурный анализатор (рис. 4) позволяет обнаруживать неисправности цифровых устройств. Сигналы от контролируемого устройства поступают в анализатор через зонды. Это сигналы «пуск», «стоп», «синхронизация». Сигнатура   формируется   путем синхронного ввода данных в сдвигающий регистр по выбранному активному фронту синхроимпульса. Сформированные сигнатуры выводятся на переднюю панель прибора с помощью светодиодных индикаторов.

Рис.  4 Структурная схема сигнатурного анализатора                                                     Для использования сигнатурного анализа при диагностировании МП разных типов разработаны анализаторы, которые сами генерируют тестовое воздействие на ОДК.