Диагностирование микропроцессорных систем

Глава 7

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ

7.1. Схемы организации тестового диагностирования

микропроцессорных систем

          Микропроцессорная система как объект диагностики представляет собой сложную вычислительную структуру с шинной организацией (рис. 7.1).

Рис.7.1. . Структурная схема микропроцессорной системы

 Она состоит из четырех основных групп БИС – микропроцессора, памяти, контроллеров ввода-вывода и контроллеров связи с объектами. Каждая из этих функциональных подсистем в свою очередь является достаточно сложной с точки зрения диагностирования. Поэтому при организации тестового и функционального диагностирования микропроцессорных систем используется декомпозиционный подход, при котором в качестве объекта диагностирования выступают отдельные функциональные устройства: АЛУ, процессор, ОЗУ, устройства ввода-вывода УВВ, отдельные ТЭЗы и корпуса СИС и БИС.

          Трудности, возникающие при диагностировании микропроцессорных систем, определяются высокой степенью интеграции БИС (большим числом логических элементов и ограниченным числом внешних контактов), разветвленными связями между элементами системы. Кроме того, разработчик аппаратуры очень часто не имеет полной информации о внутренней структуре БИС и вынужден рассматривать ее как «черный» ящик.

          По этим причинам хорошо развитые общие методы построения тестов цифровых схем, описанные в главе 4, не всегда могут быть эффективно использованы. Для тестирования микропроцессоров разрабатываются и специальные методы, основанные на применении функциональных тестов. Эти тесты обеспечивают выполнение операций микропроцессора на некотором множестве операндов.

          Существуют три основных подхода к построению тестов микропроцессоров и микропроцессорных систем: модульный, микропрограммный и функциональный. При модульном подходе БИС представляется как набор функционально законченных модулей. Это регистры, счетчики, сумматоры, арифметико-логические устройства, мультиплексоры и др. Для каждого модуля строится частный тест. Общий тест строится путем объединения частных тестов на основе шинной организации передачи данных между модулями.

          Микропрограммный подход решает задачу следующим образом. Выбирается некоторая микропрограмма, состоящая из связанных микроопераций и осуществляющая передачу данных от внешних входов к внешним выходам устройства. Определяется часть аппаратуры, участвующая в реализации этой микропрограммы. Подбираются операнды, обнаруживающие неисправности этой части аппаратуры при выполнении каждой микрооперации. Решается задача оптимального выбора множества микропрограмм, покрывающего все аппаратные средства системы.

          Функциональный подход основан на тестировании функций микропроцессорной системы. Список команд микропроцессора является источником информации о его операциях. Последние делятся на несколько классов: операции обработки; пересылки; ветвления; ввода-вывода и другие [50]. Тестируется каждая функция и та часть аппаратуры микропроцессора, которая реализует эту функцию («механизм» по терминологии [37]). Выделяют следующие основные механизмы микропроцессора:

          – механизмы обработки данных: выполнения арифметических и логических операций; модификации операндов и результата; формирования признаков результата; адресной арифметики;

          – механизмы управления обработкой данных: дешифрации операций; дешифрации модификаций операций, операндов и результата; активизации операций и модификаций;

          – механизмы хранения и передачи данных;

          – механизмы управления передачей данных: выборки регистров; управления межрегистровым обменом; адресации; реакции на внутреннее состояние;

          – механизмы реакции на внешние сигналы и ввода-вывода данных; прерывания, прямого доступа в память и др.

          Основой построения моделей механизмов является модель регистровых передач [50]. Тестовые программы строятся для каждого механизма в предположении, что остальные механизмы являются исправными.

          На рис. 7.2 приведены основные схемы организации тестового диагностирования БИС.

Рис.7.2. . Схемы организации тестового диагностирования

Схема программного тестирования (рис. 7.2,а) содержит генератор тестов (ГТ). Тесты хранятся в памяти (ОЗУ или ПЗУ) и поддаются на вход объекта диагностирования (ОД) в специально отведенные для этого интервалы времени. Выходная реакция ОД сравнивается с эталонной реакцией, которая также сохраняется в памяти. Подготовка тестов производится предварительно с использованием известных алгоритмов вычисления тестов или путем физического или машинного моделирования. При физическом моделировании в копию тестируемого устройства вносятся физические неисправности и находятся входные воздействия, которые их обнаруживают. Для сложных устройств для этих целей используются машинные модели. При реализации программ тестирования применяются условные и безусловные алгоритмы диагностирования. Поиск дефектов осуществляется с помощью словарей или зондов.