Применение сигнатурного анализа для диагностики МПС

Основные требования, предъявляемые к МПС при применении СА.

Как правило, в изделия, при эксплуатации которых предполагается использовать сигнатурный анализ, в процессе разработки вносят определенные средства, позволяющие производить этот анализ наиболее простыми и дешевыми приборами и повысить эффективность контроля. Прежде всего, это средства, позволяющие разрывать в режиме контроля цепи обратной связи в контролируемой схеме. Что же касается МПС в целом, то она целиком охвачена обратной связью по контуру программного управления. Поэтому для применения СА необходимо иметь возможность разрывать цепи обратной связи при необходимости тестирования МПС. Для однокристального микропроцессора - это условие отключения шины данных от входа МП, что реализуется с помощью переключателей, съемных перемычек (как в "микролаб КР580ИК80") или электронных ключей [6].

Вторым важным условием пригодности МПС для проверки с помощью СА является наличие схем, вырабатывающих сигналы ПУСК, СТОП и ТАКТ [7], необходимые сигнатурному анализатору для формирования временного окна для принятия данных, то есть интервала времени, в течение которого накапливается сигнатура.

Третьим требованием является наличие в составе МПС ПЗУ, в котором содержится тестовая программа. В качестве тестовой может выступать как специально разработанная, так и определенная рабочая программа, если она в достаточной мере использует все устройства МПС.

Упрощенная функциональная схема МПС, основанной на однокристальном МП и разработанной с учетом требований пригодности к испытаниям с помощью СА, приведена на рис5.5.

Рис.5.5

3.2 Методика тестирования ядра МПС при помощи сигнатурного анализа.

МПС можно рассматривать как ядро, окруженное периферийными системами, и ядро должно работать, чтобы можно было проверить остальную часть МПС. В системное ядро обычно входят: центральный процессор (ЦП), системный генератор синхронизации, шина управления и шина адреса. Для проверки системного ядра, МПС переводят в режим свободного счета, для чего разрывают цепи обратной связи ЦП с остальными устройствами - шину данных и линию прерываний. Преимуществом использования такого режима является то, что для него требуется исправность только небольшой части схемы (МП, генератор синхронизации, схема питания). Как это сделать, показано на рис.5.6.

Рис.5.6

Обычно в ЦП вводится какая-нибудь разновидность холостой команды, например NOP или MOV А,А. Шину данных можно разорвать с помощью скользящих переключателей, отсоединяющих ЦП от шины данных.

Вводимая в ЦП однобайтная команда определяется положениями одного или нескольких тестовых переключателей, с помощью которых задаются состояния линий данных, идущих в ЦП. После этого системное ядро можно перевести в режим свободного счета. Восемь скользящих переключателей, показанных на рис.2.4, позволяют отключить ЦП от шины данных. Переключатель S1 замыкает 8 линий ШД на землю, поэтому ЦП из любой ячейки памяти считывает шестнадцатеричный код 00, что соответствует однобайтной команде NOP. На шине данных всегда будет команда NOP, которая является "пустой" командой. МП будет считывать эту команду, а затем приращивать адрес для считывания следующей команды. Вследствие того, что шина данных системы отключена от МП, он каждый раз использует эту команду (при каждом адресе). Поэтому на адресной шине МП происходит непрерывный перебор всего поля адресов (2¹⁶).

При проведении любого теста с применением сигнатурного анализа [7] необходимо решить, какие сигналы от проверяемой системы использовать а качестве сигналов ПУСК, ОСТАНОВ и синхронизации или такта. Предположим, что исследуется система с 8 битным микропроцессором, имеющим 16-битную шину адреса (МП К580). В цикле свободного счета на шине адреса возникают все двоичные наборы, которые циклически повторяются. Благодаря периодичности такой тип активности идеально подходит для сигнатурного анализа. При последовательной переборке адресов на линии АО уровень сигнала меняется при каждой смене адреса ячеек памяти, на линии А1 в два раза реже, так как это более старший разряд, а на старшей адресной линии А15 для одной половины адресов действует низкий уровень, для другой половины - высокий.

Следовательно, между соседними нарастающими фронтами сигнала на линии А15 находится один полный цикл шины адреса. Сигнал с этой линии можно использовать как сигналы ПУСК и ОСТАНОВ анализатора.

Первый из них осуществляет ЗАПУСК, а второй - ОСТАНОВ. Остаток, образованный в регистре сдвига между этими событиями, подается на индикатор в качестве сигнатуры проверяемого узла. Процесс записи данных в анализатор при проверке адресного поля в свободном режиме представлен на рис.5.7.

Рис.5.7

В режиме свободного счета все команды осуществляют считывание из памяти по управляющему сигналу DBIN, поэтому его можно взять для управления входом ТАКТ сигнатурного анализатора. Анализатор настраивается на нарастающие фронты входов ПУСК, ОСТАНОВ и синхронизации, поэтому данные синхронно проходят через регистр сдвига по заднему фронту сигнала DBIN в течение одного полного цикла шины адреса.

Необходимые подключения показаны на рис. 5.8.

Рис.5.8.

До взятия сигнатур от узлов в системе, сам сигнатурный анализатор и подключения входных сигналов контролируются по сигнатурам земли и питания V. Регистр сдвига в анализаторе инициализируется на нуль до регистрации любых данных. Когда пробник касается земли, вход данных всегда находится в состоянии логического 0, которое не изменяет начального состояния регистра сдвига. По окончании цикла регистрации данных остаток в регистре сдвига будет нулевым. Это состояние может изменить только входной сигнал логической 1, которого, очевидно, не может быть при контроле сигнатуры земли. Следовательно, земля всегда дает сигнатуру 0000, которую можно считать ее "характеристической сигнатурой". Однако положительное питание всегда воспринимается как состояние логической 1, которое изменяет начальное состояние регистра сдвига. Остаток, образующийся по окончании регистрации данных, зависит от числа состояний синхронизации между сигналами ПУСК и ОСТАНОВ и будет различным при изменении запускающих сигналов. При конкретном подключении сигналов ПУСК, ОСТАНОВ и синхронизации сигнатура Vcc будет одной и той же, поэтому ее называют "характеристической сигнатурой" для данного подключения входов. Но, разумеется, она будет получаться различной при других подключениях управляющих входов и (или) выборе других активных фронтов. Когда от проверяемого узла получается такая же сигнатура, как и от , может оказаться, что из-за отказа он закорочен на шину питания Однако иногда и от исправных узлов получается такая же сигнатура, как и характеристическая сигнатура . Проще всего различать эти ситуации по индикатору логического пробника - в исправном узле он вспыхивает, показывая наличие сигналов в узле. Если же индикатор не вспыхивает, следует предположить наличие отказа.

Для любой системы, рассчитанной на сигнатурный анализ, должен существовать документ, в котором приведены сигнатуры всех узлов. В режиме свободного счета, хотя он сканирует все адресное пространство, будут разрешены не все микросхемы, так как микропроцессор выполняет только операции считывания из памяти. Например, входной порт не разрешается и получить от него значение сигнатуры невозможно. Шина данных отключена от процессора и также не дает значимых сигнатур. Набор сигнатур берется от заведомо исправной системы и документируется. В начале списка сигнатур показываются подключения входов ПУСК, ОСТАНОВ и ТАКТ, а также их активные фронты (нарастающий или спадающий). Кроме того, здесь же даются характеристические сигнатуры для указанных подключений входов. Эта информация необходима для настройки анализатора и контроля подключений по сигнатурам, полученным от Vcc и земли. После этого берутся сигнатуры от узлов, и результаты сравниваются с приведенными в документе сигнатурами. Земля всегда имеет характеристическую сигнатуру 0000, которая приводится как GND. Чтобы показать, что сигнатура 0000 допустима для вывода и "отличается" от сигнатуры земли, после сигнатуры ставится буква В. Она показывает, что светодиод, находящийся в зонде логического пробника, при взятии сигнатуры будет вспыхивать. Аналогично поступают и с сигнатурой 0001. Еще одна, часто встречающаяся ситуация, когда на выводе микросхемы сигнатура равна нулю, но светодиод в зонде пробника не вспыхивает, то есть вывод микросхемы всегда имеет уровень логического 0, который дает такую же сигнатуру, как и земля. Чтобы различить эти ситуации, сигнатуру земли можно обозначить как 00003 или указать GND.

Поиск неисправности с применением сигнатурного анализа заключается в определении возможной области с неисправностью и проверке сигнатур до обнаружения неправильной сигнатуры. Пользуясь принципиальной схемой и таблицами сигнатур, неисправность прослеживают "назад" от выхода к входу до получения правильной сигнатуры. Неисправность существует в той части схемы, которая находится между последней неправильной и первой правильной сигнатурами.

Тестирование ПЗУ в свободном режиме.

Хотя главное назначение свободного режима заключается в проверке системного ядра, он применим и для контроля ПЗУ. В режиме свободного счета на шине адреса периодически формируются все двоичные наборы. Подаваемая в ЦП холостая команда заставляет его выполнять операции считывания по каждому адресу. ПЗУ содержит только фиксированные команды, которые в режиме свободного счета последовательно выдаются на шину данных. Используя линию разрешения кристалла ПЗУ для сигналов ПУСК И ОСТАНОВ, а управляющую шину READ для сигнала ТАКТ анализатора, можно проверить содержимое любого системного ПЗУ. Анализатор регистрирует только данные, относящиеся к проверяемому ПЗУ, хотя процессор сканирует все адресное пространство. На рис. 5.9 показано, каким образом в режиме свободного счета проверяется одно из системных ПЗУ.

Рис.5.9

Возможен другой способ проверки с помощью сигнатурного анализа - программный. Для удобства изучения этого способа описание программы и методика диагностики приводится в практической части данной лабораторной работы.

3.3 Программные методы тестирования блока памяти.

Особый интерес представляют специальные методы программного контроля - диагностические тесты. Простейшим тестом микросхем ПЗУ является вычисление контрольной суммы, при котором суммируется содержимое всех ячеек ПЗУ, а возникающие переносы игнорируются.

Тестирование ОЗУ

Методы синтеза тестов функционального контроля ОЗУ основаны на предположении, что в большинстве случаев имеют место неисправности логического типа, вызываемые постоянными отказами, тождественными нулю или единице.

Существует два подхода к разработке функционального тестирования для контроля ОЗУ, обнаружения отказов и локализации неисправностей:

■ рассмотрение ОЗУ как цифрового автомата с известной функцией;

■ использование блочного подхода, когда функциональное тестирование ОЗУ выполняется с помощью различных функциональных тестов для контроля ОЗУ.

Наиболее распространены следующие тесты:

■ "шахматный " тест - для проверки влияния на выбранную ячейку информации, записанной в соседние ячейки в обратном коде;

■ "адресный " тест - распределение информации в ОЗУ, при котором все поле ОЗУ заполняется случайной информацией;

■ "бегущий" тест - для обнаружения сбоев в ОЗУ, обусловленных переходными процессами в различных цепях. Сущность теста заключается в перемещении единицы на фоне нулей или нуля на фоне единиц;

■ "сканирующий " код - для проверки ОЗУ в условиях максимальной статической помехи, вызванной суммарным током утечки всех ячеек ОЗУ, находящихся в одном состоянии. По всем адресам записывается определенная информация (например, все единицы). Затем производится считывание по каждому адресу с проверкой. После этого информация во всех ячейках сменяется (все нули), и весь процесс повторяется.

Дата добавления: 2014-01-07