Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Актуальность темы

Как известно, одной из основных проблем радиоэлектронной (РЭА) и электронно-вычислительной аппаратуры (ЭВА) является техническая диагностика или поиск неисправных компонент. Для современных устройств РЭА и ЭВА, построенных на больших (БИС) и сверхбольших интегральных схемах (СБИС) эта проблема решается на базе использования технологии «Граничного сканирования» или по англ. «Boundary Scan». Эта технология является наиболее совершенной, а для тех объектов диагностики (ОД), которые выполнены на БИС и СБИС с типами корпусов BGA, технология «граничного сканирования» является безальтернативной, т.к. корпус BGA не предусматривает возможности физического доступа к контактам.

Технология «граничного сканирования» сегодня является наиболее совершенной, однако, во-первых, она может применяться только для ОД, построенных на базе БИС и СБИС, и во-вторых, БИС и СБИС должны быть содержать в себе специальные встроенные средства, ориентированные на эту технологию.

К сожалению, рынок РЭА и ЭВА стран СНГ и, в частности, Украины, сегодня по-прежнему изобилует традиционной техникой, выпущенной еще в советское время и естественно без учета требований технологии «граничного сканирования». Как показала практика, поиск неисправностей для таких устройств эффективно решается по методологии «зондовой диагностики (ЗД)». Поэтому тема данной магистерской работы, направленная на оптимизацию способов съема тестовых реакций (ТР) объектов ЗД, является актуальной.

Объекты исследования и ЗД

Объектом исследования данной работы являются алгоритмы выбора способов съема ТР в процессе ЗД по структуре ОД. В качестве объекта ЗД выступают цифровые типовые элементы замены (ТЭЗ) РЭА и ЭВА.

Цель и задачи работы

Целью работы является разработка алгоритмов определения способов съема ТР зондового поиска несправностей для цифрових схем, с учетом технологических особеностей реальних схем. Для реализации поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

  1. Обзор и исследование автоматизированной системы диагностики ТЭЗ.
  2. Анализ условий обнаружения неисправностей и обоснование способов анализа ТР ТЭЗ.
  3. Разработка алгоритмов выбора способов анализа ТР с учетом технологических особенностей ТЭЗ.
  4. Разработка экспериментального программного обеспечения выбора способов анализа ТР ТЭЗ и анализ полученных результатов.

Метод исследования

При исследовании использованы следующие методы: анализ литературных источников, разработка программного обеспечения для проверки работоспособности разработанных алгоритмов, теория матриц, теория графов, экспериментальное исследование для оценки эффективности проделанной оптимизации.

Научная новизна и планируемые результаты

В работе будет предложены алгоритмы выбора способов анализа ТР с учетом технологических особенностей ТЭЗ.

Практическая ценность полученных результатов

На основе предложенных алгоритмов могут разрабатываться реальные системы зондового диагностирования.

Апробация работы

Подходы к реализации и результаты работы планируется докладывать на Всеукраинской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых студентов, аспирантов и молодых ученых «Информатика и компьютерные технологии (ИКТ - 2013)», который будет проходить в г. Донецке в 2013 года.

Структура магистерской работы

Данная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка ссылок.

1. Автоматизированные системы диагностики ТЭЗ

В зависимости от степени автоматизации решения задачи второго типа системы диагностирования ОП подразделяются на два основных класса:

  1. системы с автоматическим поиском неисправностей;
  2. системы с зондовым поиском неисправностей.

Автоматические системы поиск неисправностей осуществляется с помощью идентификации неисправного состояния ОД через внешние (краевые) выводы и сопоставления этого положения с построенным заранее так называемым диагностическим словарем неисправностей. Диагностический словарь каждом неисправном состояния ОД ставит в соответствие тестовую реакцию, которая получается путем моделирования этого состояния на заданном тесте ОД.

Исключая вмешательства человека, автоматические системы призваны полностью автоматизировать процесс поиска неисправностей. Однако эта идеальная цель оказалась в принципе невыполнимой. Принципиальная невозможность автоматического поиска неисправности ОП объясняется тем, что, как показали исследования, определения источника неисправности цифрового устройства с точностью до отдельной съемной компоненты является задачей неразрешимой (NP-) сложности [2]. Отсюда следует низкая диагнозоспроможнисть автоматических систем, поскольку каждой возможной тестовой реакции диагностический словарь ставит в соответствие, как правило, не один, а целый список неисправностей ОП.

Практически невыполнимой оказалась также и сама идея использования словаря неисправностей, поскольку, во-первых, модель константных неисправностей, по которой определяется словарь, став полезным для вентильных схем, является неадекватной для современных сложных ОП. Во-вторых, длина теста современного ОП достигает миллиона векторов и более что ставит под сомнение возможность моделирования неисправностей на таком тесте. Поэтому автоматические системы диагностики находят применение для комбинационных и простых последовательных ОП.

Несостоятельность автоматических систем привело к необходимости построения автоматизированных систем поиска неисправностей, которые допускают вмешательства в диагностический процесс человека. Вмешательство человека, предусмотренное в таких системах, сводится к активной или пассивной действия (зондированию) на внутренние контрольные точки ЕД, поэтому системы называются зондов, а процесс поиска неисправности с использованием такой системы - зондовым поиском или зондов диагностикой (ЗД).

В настоящее время на мировом рынке и рынке СНГ предлагаются автоматизированные системы диагностики (АСД), которые можно подразделить на 2 больших класса:

  1. системы внутрисхемного тестирования
  2. системы функционального тестирования.

1.1 АСД на базе внутрисхемного тестирования

Срок внутрисхемного тестирования (ICT-In-Circuit Testing) означает проверку отдельных компонентов на плате. Причем при тестировании компонента исключается влияние параллельных цепей. Например, при проверке резистора измеряется именно его сопротивление, а не сопротивление цепи, к которой он подключен.

В общем виде концепция внутрисхемного тестера предполагает использование контрольно-измерительной аппаратуры (КВА) и контактирующего устройства физического доступа к контрольным точкам ОД. Контакт (параллельный электрический) со всеми точками в традиционном внутрисхемном тестере осуществляет матрица подпружиненных контактирующих штифтов или контактрон типа «ложе из гвоздей» (см. рис. 1.1).

Контактрон ложе из гвоздей

Рисунок 1.1 - Контактрон «ложе из гвоздей»

Во многих современных моделях тестеров вместо контактрона используются роботизированные (управляемые) зонды, которые последовательно зондируют контрольные точки, а также ручные одноконтактные зонды (щупы, клипсы) и/или многоконтактные зонды (зажимы).

Внутрисхемный контроль охватывает различные методы, выявляющие электрические дефекты и определяют их местоположение.

Аналоговый внутрисхемный контроль позволяет измерять сопротивление, емкость или индуктивность приборах, определять короткое замыкание между узловыми точками схемы, проверять ориентацию и функционирования диодов и транзисторов.

Цифровые методы внутрисхемного контроля обеспечивают принудительную установку уровня сигнала на входах приборов для проверки правильности их работы по отзыву. При цифровом внутрисхемном тестировании проверяются цифровые микросхемы на соответствие таблице истинности.

Для исключения влияния параллельно установленных микросхем (например, при использовании шинной технологии) на вход микросхемы, тестируемого подаются импульсы большого тока с ограниченной продолжительностью. Такой метод называется backdriving.

Дополнительные программные и аппаратные средства помогают цифровом контроля провести периферийное сканирование. Кроме того, процесс внутрисхемного контроля включает тестирование запитанных ТЭЗ с аналоговыми и смешанными сигналами, а также так называемый безвекторный тест, использует аналоговые характеристики прибора для электрической проверки паяных соединений на сложных ИС.

Выбор оборудования и метода доступа к ОД для внутрисхемного тестирования зависит от требований и возможностей пользователя.

Метод клипс и пробников универсальный и недорогой, но требует больших временных затрат и сравнительно высокую квалификацию персонала, поэтому его обычно применяют при единичном производстве и ремонте.

Метод "поле контактов" предполагает изготовление тестового адаптера для каждого изделия. Контактирование осуществляется через переходные отверстия в плате, выводы штыревых компонентов или специально подготовленные тестовые площадки. Такой метод обеспечивает очень высокую производительность. Из-за высокой стоимости контактрона и большое время его настройки его применяют при средне- и крупно- серийном производстве.

Метод подвижных пробников есть безадаптерною альтернативой доступа к изделию, тестируемого. Оборудование с подвижными пробниками имеет несколько тестовых головок с приводами по осям X, Y и Z. Тестовые головки (обычно четыре или восемь) перемещаются над испытуемым платой с большой скоростью. В это время электрические зонды, расположенные на каждой головке, вступают в контакт с переходными отверстиями и выводами каждого устройства , расположенного на плате.

Таким образом, обеспечивается последовательный доступ к контрольным точкам. Ключевыми особенностями таких тестеров является механическая точность и повторяемость, что особенно важно для плат с плотным размещением компонентов, малым шагом между выводами и малой шириной дорожек.

Время подготовки производства сильно сокращается при разработке программы перемещения пробников методом трансляции из САПР. При этом необходимость изготовления тестовых адаптеров данных. Вместе с тем данный метод не обеспечивает высокой производительности при тестировании.

Метод подвижных пробников идеально подходит для предприятий с небольшой программой выпуска, но широкой номенклатурой изделий. Кроме того, такое оборудование используется при изготовлении опытных образцов при необходимости расширения производства, когда нужно оценить качество настроек производственной линии без затрат и потери рабочего времени, связанных с разработкой и изготовлением адаптеров "поле контактов".

Применение внутрисхемного тестирования позволяет решать следующие задачи:

  1. тестирования электронных изделий и локализация неисправностей с точностью до компоненты;
  2. сокращения времени устранения неисправностей;
  3. мониторинг технологического процесса сборки электронных модулей;
  4. накопления и обработку статистики результатов тестирования.

В связи с тем, что внутрисхемный контроль обеспечивает диагностирование на уровне компоненты, это заметно снижает стоимость ремонта - достаточно заменить дефектный. Другое важное свойство внутрисхемного контроля - автоматическая генерация тестовых данных для компонентов.

К недостаткам внутрисхемного контроля можно отнести следующее:

  1. сложность доступа к контактам компонентов, особенно для ИМС с поверхностным монтажом;
  2. высокая стоимость АСД и контактрона;
  3. необходимость приобретения и настройки контактрона для каждого типа плат;
  4. большая нагрузка, внесенное тестером, что обусловлено одновременным контактированием со всеми выводами ТЭС.

Время, необходимое для разработки теста типичного ТЭЗ из 1000 контрольными точками для АСД с «летающими пробниками», составляет от четырех до шести часов. Процесс отладки программного обеспечения, необходимого для получения наилучшего тестового покрытия, для того же тезисов может занять 6-8 часов. Для сравнения, разработка программы и контактрона для обычного тестера может потребовать 160 час., А налаживание - от 16 до 40 часов..

1.2 АСД на базе функционального тестирования

Будучи завершающим шагом производственного процесса, функциональное тестирование служит для приема или отбраковки готовых электронных блоков перед их отправкой заказчику. Тестеры функционального тестирования обычно подключаются к изделиям, тестируются, через краевое разъем или контрольные точки (встроенные средства тестирования). Далее симулируются электрические условия, в которых изделие будет находиться при конечном использовании.

Тестовое оборудование, применяемое при функциональном тестировании должно выполнять следующие задачи:

  1. подача питающего напряжения с возможностью изменения его в автоматическом режиме (минимально до максимально допустимого для данного изделия);
  2. подача цифровых и аналоговых входных сигналов в широком диапазоне частот и напряжений;
  3. измерение параметров выходных сигналов;
  4. эмуляция нагрузок;
  5. эмуляция помех;
  6. обмен данными с устройством, тестируемого;
  7. обработка результатов измерений и вывод их на дисплей или принтер в удобном для пользователя виде;
  8. накопления и обработка статистической информации.

Обычно при функциональном тестировании проверяется только общая функциональная пригодность платы. Более сложные методы включают циклическую работу изделия во всем диапазоне эксплуатационных испытаний. Однако, время и ресурсы, необходимые для проведения такого тестирования, ограничивает их использование областями военной и космической промышленности.

АСД на базе функционального тестирования можно разделить на:

  1. приборно - ориентированные системы (ПОС);
  2. DSP - ориентированные системы.

1.2.1 Приборно-ориентированные АСД

Приборной ориентированные АСД основываются на использовании различных контрольно - измерительных и стимулирующих приборов, управляемых от компьютера благодаря наличию в последних специальных приборных интерфейсов и использованию специализированных САПР, таких как LabView. Они имеют модульную архитектуру, которая может изменяться в зависимости от требований заказчика.

Для проведения различных тестов в приборно - ориентированных АСД, как правило, используется архитектура открытых систем, таких как PXI или PCI. Основу таких систем составляет специализированное шасси, в которое могут устанавливаться тестовые модули форматов PXI, ISA или PCI:

  1. фиксированные и программируемые источники питания;
  2. цифровые мультиметры;
  3. эмуляторы ROM;
  4. цифровые осциллографы;
  5. быстродействующие цифровые модули динамического ввода/вывода;
  6. высокоскоростные импульсные, частотные, функциональные и произвольные генераторы;
  7. многоканальные преобразователи ЦАП и АЦП;
  8. мультиплексоры;
  9. интерфейсы RS-232, GPIB, VXI.

Программное обеспечение, поставляемое с системой, например ATEasy и LabView позволяет объединить все установленные модули в единый тестово - измерительный комплекс и разрабатывать прикладные тестовые программы .

1.2.2 DSP-ориентированные АСД

АСД данного типа вместо использования реальных аналоговых измерительных инструментов выполняют их эмуляцию на основе методов цифровой обработки сигналов (DSP - Digital Signal Processing), что обычно выполняется на базе быстрого преобразования Фурье (БПФ) и дискретного преобразования Фурье (ДПФ).

DSP способно эмулировать широкий набор измерительных инструментов. Инструментами теперь подпрограммы, которые обрабатывают вектора численных значений. Вектор может представлять собой набор выборок сигнала, частотный спектр и т.д.. Специалист по тестированию создает набор векторов в виде тестовых сигналов.

Синтезатор сигналов подает эти вектора на ЦАП, выход которого соединен с фильтром, восстанавливающий для получения непрерывного сигнала с ограниченной полосой пропускания. Полученный сигнал подается на испытуемый устройство, с которого снимаются реакции. Дискретизатор аналоговых сигналов выполняет оцифровку снятых реакций с использованием высокоскоростного АЦП и сохраняет выборки в ОЗУ.

2. Анализ условий обнаружения неисправностей и обоснование способов анализа ТР

2.1 Представление, классификация и свойства объекта ЗД

В качестве объекта ЗД в данной работе рассматривается ОП, выполненный как типичный элемент замены (ТЭЗ) и состоит из цифровых микросхем, которые соединены между собой с помощью печатных или навесных проводников (линий связи - ЛС). Микросхемы называются компонентами, контакты входу - входной псевдокомпонентамы, контакты выходного разъема - выходные псевдокомпонентамы, контакты двунаправленного разъема - двунаправленными псевдокомпонентамы. В тех случаях, когда не нужно подчеркивать отличие компонентов от псевдокомпонентив, и те и другие называются просто компонентами. Компоненты схемы помимо стандартных выходов могут иметь выходы с открытым коллектором и третьим состоянием, которые могут использоваться для формирования шинных структур или монтажной логики. Также компоненты могут иметь двунаправленные выводы, которые используются для передачи сигналов в двух направлениях и управляются сигналами на специальных входах.

Множество всех компонент ОД обозначается как K={ki}, i=1,2,...,n; где К состоит из объединения трех множеств: множества входных псевдокомпонент KI, множества выходных множества KO, и множества компонент-микросхем KC, т.е. K=KI+KO+KC. Двунаправленный псеводокомпоненты принадлежат одновременно множествам KI и KO, т.е. KIO = KI*KO.

Множество входов и выходов компоненты ki обозначается как X(ki)={xij}, j=1,2,...,m1i, и Y(ki)={yij}, j = 1,2,...,m2i, соответственно. Двунаправленный выводы компоненты ki принадлежат множествам X(ki) и Y(ki) одновременно и считаются как входами так и выходами, т.е. W(ki)=X(ki)*Y(ki), где W(ki)={wij}, j=1,2,...,m3i. Множество функций, которые реализует компонента Ki, обозначается как Fi={Fij}, где Fij - функция, которую реализует компонента на выходе yij. Считается, что функции компоненты зависят от всех элементов ее входного множества.

Множество выходов компонент , которые соединены с входом x какой-либо компоненты через линии связи и является для него источниками сигнала, называется множеством входов x и обозначается как ГS(x). Множество входов компонент, которые соединены с выходом в какой-либо компоненты через линии связи и является для него приемниками сигнала, называется множеством приемников выхода в и обозначается как ГR(y). Компонент, которому принадлежит вывод v, обозначается как P(v). Множество компонент, каждой из которых принадлежит хотя бы один вывод из множества В, обозначается как P(B).

Очевидно, что входные (выходные) псевдокомпоненты не имеют входов (выходов), состоят из одного входа (выхода), а их функции не определены. Двунаправленные псевдокомпоненты имеют один вход и один выход.

Множество тестовых последовательностей, генерируемых на входах и выходах компоненты ki под влиянием теста Т, обозначаются как {Xil(t)} и {Yip(t)}, где Xil(t) и Yip(t) - последовательности, генерируемые на l-м входе и p-м выходе компоненты соответственно; t - дискретный параметр времени, ассоциируется с номером вектора теста Т. Соответствующие эталонные последовательности обозначаются как Xeil(t) и Yeip(t).

Путем Пнlк называется совокупность компонент Kн, Kl, Kк и ЛС между ними таких, что выход компоненты Kн, называемой началом пути, соединенный с входом компоненты Kl, а выход Kl - с входом компоненты Kк, называемой концом пути. Число компонент, образующих путь, называется длиной пути. Множество всевозможных путей ОД с начальной компонентой Kн и конечной компонентой Kк обозначается как Пкн. Также используются понятия, компоненты Kp и Kr:

  1. связаны, если множества Пpr или Пrp не является пустыми;
  2. связаны непосредственно (соединены ЛС), если длина хотя бы одного пути из множеств Пpr или Пrp равна 2;
  3. связаны апосредственно (через другие компоненты), если длина всех путей из множеств Пpr и Пrp больше 2.

Путь Пнlk называется контуром (кольцом), если совпадают его начальный и конечный компоненты, т.е. если н=к, иначе путь называется дугой.

Введенные определения позволяют классифицировать объект ЗД следующим образом:

  1. комбинационная схема (КС);
  2. слабопоследовательная или псевдокомбинационная схема (ППС);
  3. сильнопоследовательная схема (СПС).

Очевидно, что некоторая компонента может быть комбинационной или последовательной, в зависимости от того содержит ли она или нет элементы памяти. Тогда под ОД КС подразумеваются ОП, состоящий только из комбинационных элементов, не образующих между собой контуров (глобальных обратных связей). ОД ППС тоже не содержит контуров, однако в отличие от КС может содержать локальные (внутри элементов) обратные связи, т.е. ОП включает как комбинационные, так и последовательные компоненты. И, наконец, ОД СПС содержит комбинационные и последовательные компоненты, охвачены глобальными обратными связями.

Под зондированием подразумевается снятие ТР из внутренних КТ ОД, в качестве которых используются выводы компонент, штыри, контрольные гнезда, контакты разъемов и т.д.. Реакция, снимается с некоторой КТ, несет информацию о функционировании той части схемы ОД, с которой прямо или апосредовано связана эта КТ.

Далее приводится ряд определений и наблюдений, рассмотрены в [5-10], в плане исследования некоторых топологических свойств ОД, которые использованы в данной работе.

подсхемы ОД с данной КТ G называется множество, состоящее из всех контактов, ЛС и компонент, подключенных к точке G непосредственно или через контакты, ЛС или другие компоненты. Аналогично определяется подсхема множества М ОД с данной КТ. Термин "подсхема" без упоминания КТ используется для обозначения любой части схемы. Две подсхемы, построенные для двух разных КТ, могут иметь или не иметь общие компоненты, одна из них может быть частью другой, или они могут совпадать. Последнее возможно при наличии обратных связей между компонентами, то есть если они образуют контур.

Из сформулированных определений вытекают следующие свойства объекта ПО.

Свойство 1. Если в создаваемой некоторой контрольной точкой подсхемы W из множества М выбрать КТ и построить для нее подсхему W', принадлежащего М, то W' принадлежать подсхемы W.

Свойство 2. Если образуются контрольными точками подсхемы множества М пересекаются по не пустой множестве М1, то любая компонента множества М, подключенная непосредственно или через другие компоненты к какой-либо компоненты из множества М1, также принадлежит множеству М1.

2.2 Модели и механизмы проявления неисправностей объекта ЗД

Известны алгоритмы ЗД базируются на следующих моделях неисправностей ОД:

  1. константная неисправность (КН) - постоянное значение потенциала логического "0" или "1" на вывода компоненты или краевом вывода ОД. КН моделирующие такие физические неисправности, как обрыв и короткое замыкание входного, выходного выводов компоненты или ЛС, подключенной компоненте;
  2. логическая неисправность (ЛН) - произвольное отклонение функции, реализуемой компонентом, от таблицы истинности;
  3. неисправность типа "перемычка" (НП) - соединение двух ЛС.

Различают НП d-вида и b-вида. Предполагается, что на замкнутых ЛС при наличии неисправности b-вида генерируемых сигналы из множества {0,1}, а при d-вида - из множества {0,1,d}, где "0" < d < "1" - значение сигнала занимает промежуточное положение между минимально возможным потенциалом логической "1" и максимально возможным потенциалом логического "0".

Все неисправности приведенных типов могут быть одиночными или кратными. Кратная неисправность не всегда означает неисправность нескольких компонент. Так, например, на нескольких выводах одной компоненты могут иметь место несколько КН или НП.

Чаще алгоритмы ЗД базируются на гипотезе о одиночную неисправность объясняется значительно выше вероятности ее возникновения по сравнению с кратной неисправностью. При этом, если в ОД все же возникает кратная неисправность, то она может быть устранена многократным применением алгоритма ЗД, построенного на основе гипотезы о одиночную неисправность.

По признаку выявления некоторая неисправность может быть существенной или несущественной, причем такое деление может носить принципиальный или непринципиальный характер. Неисправность h называется принципиально несущественной, если она не может повлиять на правильность функционирования ОД. Для такой неисправности не существует теста.

Если неисправность h может повлиять на правильность функционирования ОД, то она называется существенной. Аналогичные определения используются для конкретного теста Т. Неисправность h называется Т - существенным (Т - несущественной), если она обнаруживается (не обнаруживается) тестом Т.

Как известно, тест некоторой неисправности можно представить объединением последовательностей трех типов (фаз): доступ генерация, транспортировка [15] . В фазе "доступ" обеспечивается связь (доступ) краевых входов ОД с первичными выводами компоненты с неисправностью. Во второй фазе генерируется последовательность, обеспечивает проявление (активизации) неисправности на выходе этой компоненты. В третьей фазе выполняется продвижения (транспортировки) неверной исходной реакции, обусловленной неисправностью, первичных выходов компоненты на краю вывода ОД.

Обычно используются понятия, что тест Т:

  1. активизирует неисправность h, если для нее выполняются первые две фазы;
  2. оказывает или покрывает неисправности h, если для нее выполняются все три фазы.

Далее рассматриваются особенности активизации и продвижения неисправностей в ОД.

Узлом Uij называется компонента Ki и ЛС, которые непосредственно соединены с j-м выходом компоненты Ki. Пусть в узле Uij существует неисправность h такая, что она активизируется тестом Т. Неверная ТР на j-м выходе компоненты Ki может распространяться по разным путям, началом которого является этот выход. Путь Пнik, в котором под влиянием теста Т на выходах всех компонент Kн, Ki, Kk формируется ТР, отличная от эталонной, называется h-путем. Аналогично определяется h-контур и h-дуга. Некоторый h-путь называется закрытым, если он не содержит псевдокомпоненты, иначе h-путь называется открытым.

Рассмотрим всяческую множество Пiвых путей с начальной неисправной компонентой Кi, в каждом из которых присутствует исходная псевдокомпонента. Тогда условием обнаружения неисправности h в узле Uij можно выразить как существование в множестве Пiвых хотя бы одного пути h-типа. Это условие называется структурной условием обнаружения неисправности.

Произвольное h-путь не обязательно должен содержать узел, являющийся источником неисправности. В этом случае будем говорить, что такой путь транслирует неисправность.

Понятие h-пути отражает описанные выше определения существенности неисправности. Так неисправность в узле Uij, которая является Т-существенной, образует открытые h-пути с начальной компонентой Кi; принципиально несущественна неисправность такие пути не образует ни для одного теста. Это означает, что присутствие несущественных (Т-несущественных) неисправностей вызывает циркуляцию закрытых h-путей и не приводит, таким образом, к отклонению выходной ТР на внешних выходах ОД от эталонной.

2.3 Условия определения неисправного компонента объекта ЗД и обоснование выбора способов анализа ТР

Одной из центральных звеньев алгоритмов поиска неисправностей, во многом определяет информационное обеспечение системы ЗД, есть условие, на основании которой делается вывод о неисправности (исправность) компоненты ОД. Рассмотрим особенности выбора таких условиях при зондовом диагностировании.

Очевидно, что компонента Кi неисправна, если она неправильно реагирует на входное воздействие. На формальном языке это условие, которое мы будем называть функциональной условием обнаружения неисправности (Фун), можно выразить так: для объявления компоненты Ki неисправной в тесте Т должен существовать хотя бы один вектор, в ответ на который компонента Ki, находящийся в определенном логическом состоянии, хотя бы на одном своем выходе выдает реакцию, отличную от таблицы истинности компоненты [14].

Алгоритм на базе Фун позволяет в общем случае анализировать неисправные компоненты ОД. Однако для своей реализации он требует сложной системы моделирования и больших затрат времени, связанных с оперативным расчетом ТР компонент на всем интервале времени и необходимости потактного зондирования. Кроме того, реализация такого условия становится проблематичной, если нет возможности измерить (определить) внутреннее состояние компоненты Кi.

Для снижения затрат времени можно применять условие на базе приватных проверяющих тестов (ППТ). Обозначим через Тi ППТ компоненты Кi. Тогда условием обнаружения неисправности на базе ППТ можно выразить так: компонента Кi объявляется неисправным, если под влиянием теста ОД на входах компоненты Кi, находящийся в определенном логическом состоянии, сгенерирует такой входной вектор, принадлежащий Ti, реакция компоненты Ki на который будет отличной от таблицы истинности. Отсюда следует, что при зондировании ОД реакция компоненты Ki и ее сравнение с табличным значением проводится только на наборах, принадлежащих ППТ [14].

Приведенные условия выявления неисправности связаны с высокой трудоемкостью, обусловленной сложностью вычисления ТР компонент, и необходимостью учета их внутренних состояний. К тому же вычисления реакций требует наличия СЧМ . Поэтому условия фун и ППТ целесообразно применять только для тех ОП, неисправность в которых может привести к невозможности начальной установки. Если же начальная установка ОД может быть обеспечена в условиях произвольной неисправности, то в качестве теста целесообразно использовать периодическую действие одной и той же последовательности с начальной установкой ОД в начале каждого периода. В этом случае в каждой КТ ОД процессы повторяются, что позволяет в приведенных выше условиях освободиться от переменной состояния. Согласно получим простую функциональную условие (ПФУ): для объявления компоненты Ki неисправной в тесте Т должен существовать хотя бы один вектор, в ответ на который компонента Ki хотя бы на одном своем выходе выдает реакцию, отличную от таблицы истинности компоненты. Условие ППТ трансформируется в условие ПППТ: компонента Кi объявляется неисправным, если под влиянием теста ОД на входах компоненты Кi сгенерирует такой входной вектор, принадлежащий Ti, реакция компоненты Ki на который будет отличной от таблицы истинности.

Поскольку процессы в КТ повторяются, то эталонные последовательности в этих точках нельзя не вычислять, а снять с эталонного ОД и записать для дальнейшего сравнения в память тестера. Согласно получим так называемую временную топологическую условие обнаружения неисправности (ТТУН): компонента Ki объявляется неисправным, если найдется такой дискретный момент времени t, в который ТР на всех входах и выходах компоненты совпадать с эталонной реакцией, а в момент времени t в ответ на правильный входной вектор компонента выставит хотя бы на одном своем выходе реакцию, отличную от эталонной.

Условие ТТУН позволяет локализовать неисправную компоненту как в простом h-пути, так и в h-контуре. В то же время ОД КС и ПКС, как известно, не содержат контуров. Поэтому для них условие ТТУН может быть упрощена: компонента Ki объявляется неисправным, если при правильной входной реакции найдется такой дискретный момент времени t, на котором компонента выставит хотя бы на одном своем выходе реакцию, отличную от эталонной. Это условие будем называть простым топологическим (ПТУН).

В условии типа ПТУН учитывается только факт, а не момент возникновения ошибки в ТР компоненты Кi.

Топологические условия выявления неисправности выгодно отличаются от функциональных по быстродействию и трудоемкости алгоритмов зондирования, реализуемых на их основе. Однако они требуют большого объема памяти для хранения ТР компонент.

Этот недостаток может быть устранен, если для компонент простых путей ОД применяется так называемая сигнатурного топологическая условие ( СТУН ): компонента Ki объявляется неисправным, если при верных входных сигнатурам хотя бы на одном выходе компоненты являются сигнатура, отличная от эталонной.

Использование условия СТУН позволяет значительно сокращать емкость памяти системы ЗД, необходимой для хранения ТР. Однако ее использование без ухудшения диагнозоспроможности ОД возможно лишь в простых цепях объекта.

3. Архитектура системы ЗД

Вычислительный комплекс системы ЗД, который разрабатывается, представленный на рис.3.1.

Вычислительный комплекс системы ЗД

Рисунок 3.1 - Вычислительный комплекс системы ЗД

(анимация: 6 кадров, бессконечное повторение, 140кб)

Комплекс можно представить композицией трех основных компонентов: инструментальной ЭВМ, стандартной периферии и контрольно-диагностической аппаратуры (КДА).

Основу комплекса составляет инструментальная ЭВМ, в качестве которой предусматривается ПЭВМ типа IBM PC. Стандартную периферию могут составлять принтер плоттер, используемые для чертежа принципиальной схемы, получение твердой копии баз данных, протоколов экзамена объекта диагностики и т.д., средства коммуникации, например модем - для сетевого обмена информацией с удаленной центральной станцией диагностики, в которой могут храниться базы данных объекта диагностики, переданные на сеанс диагностики в настоящее (периферийный) комплекс ЗД, а также другие периферийные устройства (ПУ).

КДА образуют специализированные устройства зондового диагностирования ОД. ПЭВМ комплекса выполняет "интеллектуальные" функции системы зондовой диагностики: подготовку и обработку информационного обеспечения ОД, ведение баз данных, реализацию алгоритмов поиска неисправности, диалог диагностика, что ведет поиск, с ПЭВМ и др..

На КДА возлагаются следующие функции:

  1. генерация детерминированных, псевдослучайных и комбинированных тестов ЕД
  2. съемки и обработка тестовых реакций, генерируемых на внешних выходах ОД
  3. съемки и обработка тестовых реакций из внутренних контрольных точек ОД;
  4. управления синхронизацией ЕД
  5. сообщение с органами управления и индикации зонда;
  6. сообщения ЕД с ПЭВМ.

Реализация указанных функций КДА осуществляет с помощью следующих составляющих ее устройств:

  1. одного или нескольких (в зависимости от числа выводов ОД) должностей контроля (ПК);
  2. сопроцессора псевдослучайных тестов (СПСТ)
  3. устройства зондирования (УЗ);
  4. компаратора тестовых реакций (КТР)
  5. адаптера зондовой диагностики.

Структура ПО системы ЗД представлена на рис. 3.2 .

Структура ПО системи ЗД

Рисунок 3.2 - Структура ПО системи ЗД

ПО состоит из следующих основных подсистем: ПЗОД - подсистема задания объекта диагностики (ПЗОД), подсистема генерации тестов (ПГТ) и подсистема поиска неисправностей (ППН).

ПЗОД построена на базе САПР ORCAD и предназначена для ввода ОД (ТЭЗ) в виде электрической принципиальной схемы и построения на его основе логической PSpise-модели, что осуществляется с помощью схемного редактора (CAPTURE) и Pspice-симулятора САПР соответственно.

ПГТ предназначена для автоматического построения тестов ТЭЗ по их электрическим схемам и включает модуль генерации псевдослучайных тестов (TGM), симулятор константных неисправностей (FAULTSIM) и формирователь логической, так называемой, ISCAS-модели из EDIF-формата описания ТЭЗ (EDIF2ISCAS).

ППН предназначена для поиска неисправности ТЕЗ с точностью до съемной компоненты. Она включает модуль построения графа поиска неисправностей (МП ГПН), модуль поиска неисправностей (МПН), модуль взаимодействия с КДА (МК КДА), а также подсистема ввода и анализа ТЭЗ как объекта ЗД.

На структуре ПО ЗД показаны также библиотеки интегральных микросхем (ИМС), БД ТЕЗ, БД эталонных тестовых реакций (БД ЕТР), построенные с помощью САПР ORCAD, БД тестов ТЭЗ (БДТ), построенные с помощью подсистемы ПГТ и БД графов поиска неисправностей ТЭЗ (БД ГПН).

Список источников

  1. Бухтеев А. Методы и средства проектирования систем на кристалле – Режим доступа: http://www.chipinfo.ru/...
  2. Тоценко В.Г. Алгоритмы технического диагностирования дискретных устройств - М.: Радио и связь, 1985. - 240с.
  3. Гуляев В.А. Организация систем диагностирования вычислительных машин – Киев: Наукова думка, 1979. - 116 с.
  4. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики: Оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства – М: Энергия, 1981. – 320 с.
  5. Автоматизация диагностирования электронных устройств / Ю.В. Малышко, В.П. Чипулис, С.Г. Шаршунов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 216 с.
  6. Тестовый контроль микропроцессорных БИС на производстве / Ясинявичене Г.М., Бургис Б.В. и др., - М: Радио и связь, 1989. – 120 с.
  7. Крейг, Пиног. Внутрисхемные испытания с применением сигнатурного анализа // Электроника, 1979, т.52, N11, с.64-70.
  8. Байда Н.П., Кузьмин И.В., Шпилевой В.Т. Микропроцессорная система поэлементного диагностирования РЭА - М.: Радио и связь, 1987. - 256с.
  9. Самообучающиеся анализаторы производственных дефектов РЭА / Н.П. Байда, В.И. Месюра, А.М. Роик – М.: Радио и связь, 1991 – 257 с.
  10. Техническая диагностика элементов и узлов персональных компьютеров / В.И. Хаханов - К.: ИСИО, 1997. - 308 с.
  11. Львович Г.А., Хавкин В.Е. Самодиагностирование микропроцессорных систем - М.: ЦНИИ "Электроника", 1985. - 54с.
  12. Киселев В.В., Кон Е.Л., Шеховцов О.И. Автоматизация поиска дефектов в цифровых устройствах - Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 96с.
  13. Проектирование внешних средств автоматизированного контроля РЭА / Под ред. Пономарева Н.Н. - М.: Радио и связь, 1984. - 296с.
  14. Львович Г.А., Самощенко А.В., Хавкин В.Е. Диагностирование микропроцессорных систем // Обзоры по электронной технике. Сер. Микроэлектроника, 1987, Вып.7-83с.
  15. Гробман Д.М. Локализация дефектов цифровых схем // АВТ, 1983, N2, c.79-84.
  16. Гробман Д.М. Автоматизация поиска дефектов логических схем // АВТ. - 1979, N1, с.33-35.
  17. Соколов Ю.А. Анализ технических средств зондового поиска неисправностей в дискретных устройствах - Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ, 1978, вып.11, с.73-79.
  18. Соколов Ю.А. К вопросу зондового поиска неисправностей // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ-1979. Вып.11, с.18-23.
  19. Соколов Ю.А. Анализ технических средств зондового поиска неисправностей в дискретных устройствах // Вопр. радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. 1978, вып.11, с.73-80.
  20. Соколов Ю.А. К вопросу поиска неисправностей // Вопр. радиоэлектроники, Сер. ЭВТ, 1980, вып.12, с.51-55.
  21. Молов В.К., Тарасенко В.П. Структурно-аналитический метод поиска неисправностей //Автоматика и вычислительная техника - 1984, с. 72-78.
  22. Сперанский Д.В., Черевко Н.В. О сокращении числа зондовых проб при диагностировании цифровых устройств // Электронное моделирование - 1992, N 3., c. 56 - 62.
  23. Зинченко Ю.Е., Хатейт Ю. Стратегия поиска неисправностей системы зондовой диагностики / Теоретическая и прикладная информатика. Науч.-техн. конф.. Тезисы докладов. – Донецк, 1993. – С. 59.
  24. Зинченко, Ю. Е., Козинец, А. М., Жилин, К. Н. Проблемы зондового поиска неисправностей и пути их разрешения // Сборник трудов Донецкого государственного технического университета. Серия: Информатика, кибернетика и вычислительная техника, выпуск 6. – Донецк: ДонГТУ, 1999. – С. 212-217.
  25. Воротынцев, Н.В., Зинченко, Ю.Е. Поиск неисправностей цифровых ТЭЗ по алгоритму ведомого зонда со «статической оптимизацией» // Сборник трудов первой международной студенческой научно-технической конференции – 15 декабря 2005 г. – Донецк : ДонНТУ, 2005. – С. 321-322.
  26. Деменко, А.Г., Ханаев, В.В., Зинченко, Ю. Е., Зинченко, Т. А. Проблемы минимизации количества перестановок зонда в процессе поиска неисправностей по методологии «ведомого зонда» // Сборник трудов III научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых – 16-18 апреля 2012 г. – Донецк : ДонНТУ, 2012.
  27. Зинченко Ю. Е. – Научные интересы и разработки [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://hardclub.donntu.ru/...
  28. А.с. N883918 G06F 15/46. Устройство для контроля неисправностей цифровых узлов (С.С.Ширяев и др.) Локализация неисправностей ИС в кольце МС.
  29. Тестово-диагностический комплекс – Автоматизированная система диагностики ТЕСТ-Д для ремонта электронных промышленных устройств [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://mages.chat.ru/...
  30. Корченко А.А., Зинченко Ю.Е.. Оптимизация адаптивного подхода генерации псевдослучайных тестов // Наукові праці ДонНТУ. Серія «Проблеми моделювання та автоматизації проектування» (МАП-2012). Випуск 10. – Донецьк: ДонНТУ. – 2012. – с 60-78.
  31. Корченко А.А., Зинченко Ю.Е. Распределенные вычисления в системе генерации псевдослучайных адаптивных тестов // «Информатика и компьютерные технологии», сборник трудов VIII международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых – 18-19 сентября 2012 г., Донецк, ДонНТУ. – 2012. В 2-х томах, Т. 1. – С. 96-98.
  32. Зинченко Ю., Калашников В., Хайдук С. И др.. FPGA-технологии проектирования и диагностика компьютерных систем / Сборник научных трудов VI Междунар. научн.-практ. конф. «Современные информационные технологии и ИТ-образование». - Москва: МГУ, 2011. - Т. 1. 787 С. 422-429, - электрон. опт. диск (CD ROM). ISBN 978-5-9556-0128-1 Режим доступа: http://conf.it-edu.ru/...
  33. Зинченко Ю.Е., Корченко А.А.. Адаптивный подход к генерации псевдослучайных тестов цифровых устройств // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія «Проблеми моделювання та автоматизації проектування» (МАП-2011). Випуск 9 (179): – Донецьк: ДонНТУ. – 2011. – С. 360-365.