книги / Надежность и диагностика компонентов инфокоммуникационных и информационно-управляющих систем

4.Необязательная команда RUNBIST (запуск самотестирования) предназначена для старта внутреннего теста, позволяющего определить техническое состояние компонента без необходимости загрузки длинных тестовых последовательностей.

Внутренний тест всегда выполняется в состоянии «запуск тестового или холостого режима». В этом состоянии необходимо оставаться n тактов TCK, где n – длина теста в тактах. Результат самотестирования запоминается в сопоставленном регистре тестовых данных в состоянии «захват регистра данных». В этот регистр могут также подгружаться данные, необходимые для различных этапов самотестирования. Последовательность самотестирования выглядит следующим образом:

SAMPLE/PRELOAD,…Select-IR,Capture-IR, (Shift-IR= RUNBIST)m, Exit1-IR,

Update-IR,(Select-DR,Capture-DR,(Shift-DR=TESTDATA)n, Exit1-DR, Update-DR,(Run-Test/Idle)k )p,

Capture-DR, (Shift-DR)n, … ,

где (…)i – означает повтор i раз. Выполнение команды SAMPLE/ PRELOAD обеспечивает требуемые значения на внешних выходах компонента при выполнении самотестирования.

5.Необязательные команды IDCOD и USERCOD предназначены для чтения факультативного регистра идентификации устройства (DIR).

Команда IDCOD считывает через DIR код JEDEC-формата производителя. Команда USERCOD считывает через DIR код, запрограммированный пользователем.

Варианты заданий для самостоятельных и расчетных работ

Задание: предположим, что каждый элемент на рис. 19.14 представляет собой отдельную микросхему, которая выполнена по стандарту JTAG. Нарисуйте структуру и напишите тест для проверки микросхемы или межсхемного соединения согласно варианту.

151

14.Проверить межсоединение между входом Х5 и элемен-

том И.

15.Проверить межсоединение между элементом ИЛИ и триггером Т1.

16.Проверить межсоединение между триггером Т1 и элементом И.

17.Проверить межсоединение между элементом И и триггером Т2.

18.Проверить межсоединение между элементом И и элементом И-НЕ.

19.Проверить межсоединение между элементом И-НЕ и триггером Т3.

20.Проверить межсоединение между триггером Т2 и элементом И.

21.Проверить межсоединение между триггером Т3 и элементом И.

153

ТЕМА 20. ВСТРОЕННЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ

Основные функциональные узлы современных информаци- онно-управляющих систем (ИУС) реализованы в микропроцессорном базисе. К ним относятся кодеры и декодеры первичных и избыточных кодов, передающие и приемные телеизмерительные преобразователи, аналого-цифровые преобразователи, распределительные узлы, системы синхронизации, модемы и другие узлы в составе подсистем сбора, обработки, передачи и распределения технологической информации различных трактов ИУС, к надежности функционирования которых предъявляются повышенные требования. Основой микропроцессорных узлов ИУС является микропроцессор (МП), представляющий собой многоэлементное устройство, функционирующее под управлением заложенной в него программы. От надежности работы МП во многом зависит надежность функционирования всей ИУС.

Поскольку методы обеспечения функционального контроля сильно зависят от структуры контролируемого устройства, далее будем рассматривать функциональный контроль именно МП и микропроцессорных систем на примере гипотетического микропроцессора, объединяющего характерные свойства большинства МП.

Модель МП с точки зрения функционального контроля

МП рассматривается в виде соединения двух устройств – устройства управления (УУ) и операционного устройства (ОУ).

Операционное устройство – устройство, в котором выполняются операции. Оно включает в себя в качестве узлов регистры, сумматор, каналы передачи информации, мультиплексоры для коммутации каналов, шифраторы, дешифраторы и т.д.

Устройство управления координирует действия узлов ОУ. Оно вырабатывает в определенной временной последовательно-

154

сти управляющие сигналы, под действием которых в узлах ОУ выполняются требуемые действия.

Процесс функционирования ОУ состоит из последовательных элементарных действий в его узлах. Такими элементарными действиями могут быть: обнуление регистров, инвертирование регистров, пересылка содержимого одного узла в другой, сдвиг содержимого узла влево или вправо и т.д. Каждое такое элементарное действие, выполняемое в одном из узлов ОУ в течение одного тактового периода, называется микрооперацией.

Вопределенные тактовые периоды одновременно может выполняться несколько микроопераций, результаты которых не влияют друг на друга. Такая совокупность одновременно выполняемых микроопераций называется микрокомандой, а весь набор микрокоманд, предназначенный для выполнения команды, поступающей из ОЗУ или ПЗУ с управляющей программой, – микропрограммой.

ВПЗУ микрокоманд хранятся микропрограммы для всего набора команд МП.

Обобщая многочисленные работы по функциональному диагностированию МПС и отдельных БИС, можно выделить несколько направлений развития встроенного функционального контроля. Одним из них является использование некоторой зависимости, характерной для МПС (либо искусственно созданной) при ее правильной работе и нарушающейся при возникновении ошибки.

Эта группа методов используется чаще всего, так как, с одной стороны, не требует значительной избыточной аппаратуры, а с другой стороны, как правило, позволяет обойтись информацией о рабочей программе. В этой теме будет анализироваться именно эта группа методов встроенного функционального контроля.

Диагностическая модель УУ МП-системы

Под диагностической моделью, как было указано ранее, понимают формальное описание объекта диагностирования и задание модели дефектов на языке этого описания.

155

Ниже исследуется многоуровневая диагностическая модель, в частности двухуровневая. Нижний уровень описывается на языке регистровых передач, а верхний уровень – функциональная модель, задаваемая прикладной программой, записанной на языке ассемблера соответствующего микропроцессора, при этом для каждой команды (микрокоманды) известна двоичная запись.

Пример 1. Приведем фрагмент программы на языке ассемблера:

156

Для каждой команды покажем ее гипотетическую двоичную запись:

По программе (микропрограмме) строится граф-схема алгоритма (ГСА). Выполняемые команды представляются вершинами графа, а переходы – направленными дугами.

Пример 2. На рис. 20.1 приведена ГСА программы из примера 1.

Для каждого уровня двухуровневой модели предлагаются следующие модели дефектов:

1. На уровне регистровых передач объект задается своей функциональной либо принципиальной схемой, и здесь наиболее широкое применение получила модель константных дефектов. Константный дефект представляется постоянным нулем (константа 0) или постоянной единицей (константа 1) на входе или выходе логической схемы. Для механизма хранения, реализуемого регистрами как в составе регулярных схем (сверхоперативное ЗУ – СОЗУ, ОЗУ, ПЗУ, перепрограммируемое ПЗУ – ППЗУ), так и в автономно рассматриваемых блоках (регистры общего назначения – РОН, буферные регистры – БР, РС и т.д.), в качестве моделей ошибок из-за неисправности и сбоев аппаратуры получили распространение:

–независимые однократные либо кратные ошибки;

–пакеты независимых ошибок;

–независимые однонаправленные либо асимметричные ошибки;

–пакеты однонаправленных либо асимметричных ошибок.

157

– переход команды Ki в произвольную логическую комбинацию команд (Ki/ K ), т.е. вместо команды Ki выбирается несколько команд, которые приходят в регистр команд через дизъюнкцию или конъюнкцию.

Под командой в данном случае будем понимать содержимое выбираемой ячейки памяти, включая и данные.

Константная модель будет применяться в дальнейшем при оценке полноты контроля механизмов хранения и пересылки команд (данных), функциональная модель – при оценке полноты контроля механизма выборки команд и данных (дешифрация команд и данных). Кроме того, выделим сбой – кратковременный отказ аппаратуры, который самопроизвольно устраняется.

В литературе при разработке встроенного функционального контроля УУ введенная выше двухуровневая диагностическая модель ошибки механизмов хранения, пересылки данных и дешифрации регистров определяется терминологией – ошибки хранения и ошибки управления.

Встроенный функциональный контроль механизмов хранения и дешифрации команд

МПС можно рассматривать как систему, в которой параллельно протекают два процесса переработки информации: выбор последовательности управляющих сигналов (задается алгоритмом управления) и преобразование данных под воздействием этих сигналов. Идея обнаружения ошибок основывается на допущении, что ошибки в аппаратных средствах (памяти, регистре команд, счетчике команд, регистрах, дешифраторах) будут приводить к искажению в последовательности выборки управляющих сигналов, а также к искажению хранимой и передаваемой информации.

Таким образом, возникают две задачи: функциональный контроль правильности хода программ и функциональный контроль данных. Здесь анализируются методы контроля механизмов, влияющих на правильность хода программы.

159

Говоря о методах функционального диагностирования, основанных на проверке правильности выполнения алгоритма, следует отметить необходимое условие для их применения: программа, реализующая алгоритм, не должна модифицироваться в ходе своего выполнения. В большинстве практических применений это условие выполняется.

Метод контроля, реализующий раскраску команд

Данный метод изложен в работе [3]. Суть метода заключается в следующем. Каждой команде ГСА ставится в соответствие признак, называемый цветом команды, который может реализоваться по-разному. ГСА преобразуется так, чтобы соблюдалась определенная последовательность чередования цветов, которая задается с помощью дополнительного элемента, обычно – счетчика цветов. Этот процесс называется раскраской программы.

Преобразование ГСА достигается за счет введения диагностических вершин (D). Диагностическая вершина – это команда, обладающая требуемым цветом и не влияющая на результат выполнения программы. Возможность выбора команды в качестве диагностической вершины зависит от метода контроля. Каждая программа представляется, как указывалось выше, графом-схемой алгоритма.

На первом этапе производится раскраска ГСА. Выбирается m – количество цветов – в зависимости от требуемой вероятности обнаружения дефектов перехода. Каждой команде цвет присваивается так, чтобы по любому пути ГСА соблюдалась правильная последовательность цветов от 0 до m –1. Если последовательность нарушается, то в ГСА вводятся диагностические вершины. В данном методе в качестве диагностической вершины может выступать любая команда, не нарушающая выполнения программы (типа NOP – пустой команды, СМР – команды сравнения и т.д.).

Пример 3. На рис. 20.2 представлена раскрашенная ГСА рис. 20.1 при m = 5, цвета записаны сверху у обозначения команды. Буквой D обозначены введенные диагностические вершины.

160