Методы диагностического тестирования сложных цифровых систем

Известно, что средства диагностирования позволяют МПС самостоятельно локализовать неисправность при условии исправности диагностического ядра, т.е. той части аппаратуры, которая должна быть заведомо работоспособной до начала процесса диагностирования.

Одним из распространённых подходов к диагностированию сложных цифровых систем является принцип раскрутки, или принцип расширяющихся областей, заключающийся в том, что на каждом этапе диагностирования ядро и аппаратура уже проверенных исправных областей устройства представляют собой средства тестового диагностирования, а аппаратура очередной проверяемой области является объектом диагностирования. Процесс диагностирования по принципу раскрутки, или расширяющихся областей показан на рис.3.19. Диагностическое ядро проверяет аппаратуру первой области, затем проверяется аппаратура второй области с использованием ядра и уже проверенной первой области и т.д.

Средства тестового диагностирования (СТД) выполняют следующие функции:

· загрузку диагностической информации;

· подачу тестовых воздействий на вход проверяемого блока;

· опрос ответов с выхода, проверяемого блока;

· сравнение полученных ответов с ожидаемыми (эталонными);

· анализ и индикацию результатов.

Рис. 3.19. Процесс диагностирования по принципу раскрутки.

Для выполнения этих функций может быть задействован МК с ОЗУ и ПЗУ (рис.3.12), и при нехватке их ресурсов в состав МПС может быть введён дополнительный (сервисный) МК с дополнительным ОЗУ и ПЗУ и с возможно дополнительным блоком индикации неисправностей.

Для классификации технических решений, используемых при реализации систем диагностирования, введём понятие метода диагностирования.

Метод диагностирования характеризуется объектом элементарной проверки, способом подачи воздействий и снятия ответов.

Существуют следующие методы тестового диагностирования: командного ядра; уровня логических схем; эталонных состояний; микродиагностирования; диагностирования, ориентированного на проверку сменных блоков и др.

Рассмотрим в общих чертах принципы реализации некоторых из используемых в практике методов тестового диагностирования.

Метод командного ядра основан на использовании программных средств автоматического диагностирования.

В системе команд МК выделяется ядро команд, включающее в себя команды, необходимые для загрузки тестов, сравнения результатов с эталонными, ветвления по несовпадению результатов и выдачи диагностического сообщения обслуживающему персоналу. Команды ядра могут также включать в себя специальные диагностические команды.

Объектом элементарной проверки при этом методе является аппаратура, используемая при выполнении команд.

Поскольку определённая часть аппаратуры МПС может использоваться при выполнении различных команд, перечисление подозреваемых и исключение исправных частей аппаратуры может повысить глубину поиска дефекта при диагностировании.

Недостатком метода является значительный объём диагностического ядра.

Метод диагностирования предназначен для проверки цифрового оборудования на уровне логических схем. В этом методе диагностическая информация, включающая в себя данные тестового воздействия, результат и состав контрольных точек элементарной проверки, адрес следующих элементарных проверок в алгоритме диагностирования, имеет стандартный формат, называемый тестом локализации неисправностей (ТЛН).

Подача тестовых воздействий, снятие ответа, анализ и выдача результатов алгоритма диагностирования выполняются с помощью стандартных диагностических операций «Установка», «Опрос», «Сравнение» и «Ветвление».

Стандартный формат ТЛН показан на рис.3.20.

Рис. 3.20. Формат ТЛН

Тест локализации неисправностей содержит установочную и управляющую информацию, адрес ячейки памяти, в которую записывается результат элементарной проверки, эталонный результат, адреса ТЛН, которым передаётся управление при совпадении и несовпадении результата с эталонным, и номер теста. Стандартные диагностические операции, последовательность которых приведена на рис.3.21 могут реализовываться аппаратурно или программно.

Рис. 3.21. Операции, выполняемые при диагностировании методом двухэтапного диагностирования.

Диагностирование аппаратуры по этому методу выполняется в два этапа:

на первом этапе проверяются все регистры и триггеры, которые могут быть установлены с помощью операции «Установка» и опрошены по дополнительным выходам операцией «Опрос»;

на втором этапе проверяются все комбинационные схемы, а также регистры и триггеры, не имеющие непосредственной установки или опроса.

Каждая элементарная проверка, которой соответствует один ТЛН, выполняется следующим образом: с помощью операции «Установка» устанавливаются регистры и триггеры ДУ, в том числе и не проверяемые данным ТЛН, в состояние, заданное установочной информацией ТЛН (установка регистров и триггеров может выполняться по существующим или дополнительным входам). Управляющая информация задаёт адрес команды (из числа рабочих команд), содержащей проверяемую операцию и число команд, которые необходимо выполнить, начиная с указанной. В тестах первого этапа эта управляющая информация отсутствует, так как после установки сразу выполняется опрос. В тестах, предназначенных для проверки комбинационных схем, управляющая информация задаёт адрес операции приёма сигнала с выхода комбинационной схемы в выходной регистр.

Управляющая информация может задавать адреса операций, обеспечивающих передачу тестового воздействия на вход проверяемых средств и транспортировку результата в триггеры, имеющие опрос.

С помощью операции «Опрос» записывается состояние всех регистров и триггеров ДУ в оперативную и служебную память.

Для выполнения операции «Опрос» в аппаратуру ДУ вводятся дополнительные связи с выходов регистров и триггеров на вход блока коммутации СТД, связанного с информационным входом оперативной и служебной памяти.

С помощью операции «Сравнение и ветвление» обеспечивается сравнение ответа ДУ на тестовое воздействие с эталонной информацией. В ТЛН задаётся адрес состояния проверяемого регистра и триггера в оперативной и служебной памяти, записываемого с помощью операции «Опрос», а также его эталонное состояние. Возможны два исхода операции «Сравнение и ветвление» - совпадение и несовпадение ответа с эталоном. Метод двухэтапного диагностирования использует, как правило, условный алгоритм диагностирования. Поэтому ТЛН содержит два адреса ветвления. задающих начальный адрес следующих ТЛН в оперативной памяти.

Тесты локализации неисправностей обычно загружаются в оперативную память и подзагружаются в неё по окончании выполнения очередной группы ТЛН. Поэтому до начала диагностики по методу ТЛН проверяется оперативная память и микропрограммное управление.

В методе последовательного сканирования схемы с памятью (регистры и триггеры) в режиме диагностирования превращаются в один сдвигающийся регистр с возможностью установки в произвольное состояние и опроса с помощью операции сдвига.

Для превращения всех триггеров в один сдвигающий регистр каждому триггеру логической схемы придаётся дополнительный триггер, причём каждая пара триггеров (основной и дополнительный) соединяется таким образом, что образует один разряд сдвигающего регистра.

Средства тестового диагностирования (СТД) могут подавать синхросигналы на все триггеры сканирования и путём сдвига выдавать их содержимое в виде последовательности бит по одной линии. Поскольку каждый бит в этой последовательности соответствует своей триггерной паре, можно определить состояние каждого триггера логической схемы.

Средства тестового диагностирования могут задавать любое состояние триггеров, подавая на линию входа данных сканирования требуемую установочную последовательность.

Метод эталонных состояний характеризуется тем, что объектом элементарных проверок является аппаратура, участвующая в одном или нескольких тактах выполнения рабочего алгоритма функционирования, реализуемого в режиме диагностирования. В качестве результата элементарной проверки используется состояние аппаратурных средств диагностируемого устройства.

Процесс диагностирования методом эталонных состояний заключается в потактовом выполнении рабочих алгоритмов ДУ, опросе состояния ДУ в каждом такте, сравнении состояния ДУ с эталонным и ветвлении в зависимости от исхода сравнения к выполнению следующего такта или сообщению о неисправности.

При реализации метода эталонных состояний средства тестового диагностирования представляют собой совокупность аппаратурных и программных средств.

При представлении алгоритмов операций МПС в виде графов каждому пути i из множества путей на графе можно поставить в соответствие последовательность состояний МПС в каждом такте:

где n – число вершин граф-схемы алгоритма, соответствующее числу тактов выполнения операции с конкретными условиями. Эталонной последовательностью состояний считается последовательность состояний , j=0,1,...,n, имеющих место при отсутствии ошибок.

Проверка выполняется путём сравнения реального состояния МПС в j-м такте i-ого пути с эталонным . Несовпадение и является признаком неисправности.

Процедура диагностирования методом эталонных состояний приведена на рис.3.22.