Вінницький державний технічний університет

Глущак Сергій Валеріанович

УДК 004.3.144.054

МЕТОД І ЗАСОБИ ТЕСТОВОГО ДІАГНОСТУВАННЯ ЦИФРОВИХ ТА МІКРОПРОЦЕСОРНИХ ПРИСТРОЇВ З КОМПОНЕНТАМИ, ПОБУДОВАНИМИ ЗА КМДН-ТЕХНОЛОГІЄЮ

05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки

та систем керування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Вінниця - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Технологічному університеті Поділля, м. Хмельницький, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор

Локазюк Віктор Миколайович,

Технологічний університет Поділля,

завідувач кафедри комп'ютерних систем

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Савченко Юлій Григорович, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", професор кафедри звукотехніки і реєстрації інформації;

доктор технічних наук, професор Філинюк Микола Антонович, Вінницький державний технічний університет, завідувач кафедри проектування комп'ютерної, біомедичної та телекомунікаційної апаратури.

Провідна установа:

Науково-виробнича корпорація "Київський інститут автоматики" Мінпромполітики України та НАНУ, підрозділ "Електронне обладнання і засоби автоматизації", м. Київ.

Захист відбудеться " 5 " 07 2002 р. о 930 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.01 у Вінницькому державному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького державного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

Автореферат розісланий " 4 " 06 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _________________________ Захарченко С.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Практичне застосування сучасних засобів діагностування не привело до задовільного вирішення задач діагностування ні на рівні цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, ні на рівні КМДН НВІС. Тестування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, має свої особливості. Багато відмов, які виникають в цифрових та мікропроцесорних пристроях з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, функціонально не еквівалентні константним несправностям. Тести, орієнтовані на константні несправності вентильного представлення схеми, не можуть ефективно виявляти несправності цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією. Задача ефективного тестування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, є важливою і потребує вирішення. Таким чином, необхідне впровадження у практику нових методів і засобів діагностування, які розроблені на базі досліджень провідних вчених галузі, що дозволяє класифікувати дану дисертаційну роботу як актуальну, спрямовану на розв'язання важливого науково-технічного завдання підвищення ефективності діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Представлені в дисертації дослідження проводились в рамках держбюджетної НДР Технологічного університету Поділля № 6Б-96 "Теорія тестового комбінованого діагностування структур з компонентами підвищеного ступеня інтеграції" (1996-1997 рр.), номер держреєстрації 0196V018434, та госпдоговірної НДР №2-2001 (2001 р.), номер держреєстрації 0101V001573.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є подальший розвиток тестового комбінованого діагностування пристроїв обчислювальної техніки та систем керування, спрямований на підвищення достовірності і ефективності процесу діагностування за рахунок розроблення нових моделей, методу і засобів виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією.

Для досягнення мети були поставлені і вирішені такі основні задачі:

1. провести аналіз цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування і провести аналіз методів і засобів їх діагностування;

2. уточнити математичну модель цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування з відображенням динамічних несправностей;

3. розробити моделі прояву динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією;

4. удосконалити математичну модель засобів виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією;

5. розробити метод та методики виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією;

6. модифікувати структуру і принципи функціонування засобів виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією;

7. впровадити у виробництво розроблені апаратні і програмні засоби діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією.

Об'єктом дослідження є процес тестового діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, що породжує проблему підвищення достовірності і ефективності виявлення несправностей динамічного типу.

Предмет дослідження - метод і засоби тестового діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв як схемно-конструктивних з'єднань кількох інтегральних схем, побудованих за КМДН-технологією, змонтованих на друкованій платі.

Методи досліджень ґрунтуються на основних положеннях технічної діагностики обчислювальних пристроїв та систем, котрі є головними при досягненні мети дисертації. Модель цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, моделі прояву динамічних несправностей та модель засобів виявлення динамічних несправностей побудовані на базі теорії множин та математичної логіки.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. одержала подальший розвиток математична модель цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування, котра відрізняється від відомих тим, що вона містить в собі як логічні змінні, котрі описують вхідні та вихідні сигнали, внутрішні стани пристрою, функції елементів пристрою, так і динамічні параметри, зокрема, час затримки сигналу та затримки переключення елементів пристрою з одного стану в інший, час їх включення та виключення;

2. вперше запропоновані моделі прояву динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, зокрема, моделей динамічної несправності, пов'язаної із зберіганням паразитної ємності, динамічних несправностей типу "перешкода", "змагання", "затримка". Новим у запропонованих моделях є те, що в них враховані: параметри, пов'язані з ефектом "запам'ятовування" значень сигналів, що є наслідком паразитних ємнісних взаємодій; параметри топології пристроїв; часові параметри спотворених сигналів. Наявність часового опису та топології пристроїв дозволяє моделювати подання тестових наборів на об'єкт діагностування через певні інтервали модельного часу, не очікуючи встановлення сигналів на всіх лініях магістралей пристрою;

3. удосконалено математичну модель засобів виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, шляхом введення в неї параметрів, що характеризують функції засобів виявлення динамічних несправностей, множин можливих та підозрюваних несправностей, динамічних параметрів сигналів тестових впливів та відповідних реакцій, параметрів моделей об'єктів діагностування, що дало змогу на цій основі розробляти більш ефективні за відомі засоби діагностування пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією;

4. розроблено новий метод виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, котрий відрізняється від відомих тим, що він дає можливість виявляти динамічні несправності цих пристроїв з мінімальними витратами за рахунок виявлення і класифікації ознак прояву несправностей і відпрацювання відповідного тесту щодо типу ознаки виявленої несправності.

Практичне значення одержаних результатів. Дослідження проводилось з врахуванням наступного його практичного впровадження. Результати дослідження є складовою частиною удосконалення раніше розроблених методів і засобів тестового комбінованого діагностування цифрових і мікропроцесорних пристроїв. Розроблений метод, методики і засоби виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, дають можливість спростити генерацію тестів, зменшити час на їх розробку, зменшити загальний час діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, і на цій основі підвищити ефективність і достовірність процесу діагностування зазначених пристроїв взагалі.

Модифіковано структуру системи комбінованого діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв шляхом введення в неї нового блоку реєстрації короткочасних сигналів, функція якого полягає у реєстрації короткочасних сигналів "перешкод". Новим у принципі функціонування блоку реєстрації короткочасних сигналів "перешкод" є те, що він реєструє їх появу не в запрограмованій, а у будь-якій точці тактового інтервалу.

Основні результати дисертаційного дослідження знайшли застосування при розробці і удосконаленні системи "ТЕКОД-2М", котра використовувалась на підприємстві ЛАЦ ЦПМ-2, а також в навчальному процесі при проведенні лекцій і лабораторних робіт з курсів "Технічна діагностика обчислювальних пристроїв і систем", "Надійність, контроль, діагностування та експлуатація ЕОМ", "Мікропроцесори та мікроЕОМ в промисловій і побутовій апаратурі", "Математичне моделювання обчислювальних систем", "Основи автоматизації проектування засобів обчислювальної техніки". Практичні результати рекомендовано використовувати при розробці систем тестового діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. У друкованих працях, опублікованих у співавторстві, автору належать: особливості цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування; класифікація динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією; модель цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування з відображенням динамічних несправностей [1]; особливості оптимізації алгоритмів комбінованого діагностування [3]; ознака прояву динамічних несправностей класу "перешкод" у взаємодіючих лініях зв'язку [4]; основні особливості синтезу тестів динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією [7]; архітектура системи виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією [8]; структура системного контролера [9]; методика відображення класів несправностей на несправні компоненти методами розпізнавання образів, схема структурного методу виявлення динамічних несправностей [12].

Апробація результатів дисертації. Наукові та практичні результати дисертації доповідались та обговорювались на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Технологічного університету Поділля (м. Хмельницький, ТУП, 1996-2001 рр.), четвертій міжнародній науково-технічній конференції "Контроль і управління в технічних системах (КУТС-97)" (м. Вінниця, ВДТУ, 1997 р.), шостій міжнародній науково-технічній конференції "Контроль і управління в складних системах (КУСС-2001)" (м. Вінниця, ВДТУ, 2001 р.), науково-технічних конференціях "Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах" (м. Хмельницький, ТУП, 1997, 1999-2001 рр.), наукових конференціях молодих вчених та студентів (м. Київ, ДАЛПУ, 1996, 1998 рр.), міжнародній науково-практичній конференції "Автоматизація виробничих процесів 2002" (м. Хмельницький, ТУП, 2002 р.).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 6 статтях у наукових журналах, що входять до переліку ВАК України, 5 працях у збірниках наукових праць, 4 тезах конференцій, 1 патенті.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і трьох додатків. Повний обсяг дисертації 215 сторінок, з яких основний зміст викладено на 134 сторінках, містить 23 рисунки, 19 таблиць. Список використаних джерел складається з 135 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність тематики, визначено об'єкт та предмет досліджень, сформульовані мета і задачі, визначена наукова новизна та практична цінність одержаних результатів, а також відомості про апробацію роботи.

В першому розділі проведено аналіз відомих методів і засобів виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією.

В першому пункті першого розділу проведено аналіз цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування. В результаті цього аналізу виявлено наявність їх особливостей у порівнянні з пристроями з компонентами, побудованими за ТТЛ-технологією, зокрема, щодо характеру прояву динамічних несправностей. З аналізу зроблено висновок, що сучасні засоби діагностування пристроїв, побудованих за ТТЛ-технологією, не приводять до задовільного вирішення задач діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією.

В другому пункті першого розділу проведено аналіз методів діагностування цифрових пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, який виявив наявність ряду недоліків щодо виявлення несправностей динамічного типу.

В третьому пункті першого розділу проаналізовано основні характеристики сучасних засобів діагностування цих пристроїв, що також виявило наявність відповідних недоліків. В зв'язку з цим постала задача розробки нових математичних моделей і методу, які б дозволили підвищити достовірність і ефективність виявлення динамічних несправностей цих пристроїв.

У першому розділі сформульована також постановка задач, які вирішуються в наступних розділах.

В другому розділі уточнено математичну модель цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, розроблено моделі прояву динамічних несправностей цифрових пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, удосконалено модель засобів їх виявлення.

В першому пункті другого розділу уточнено модель „з'єднувач-ключ” КМДН-схем Дж.Хейеса з метою одержання діагностичної моделі, використання якої дозволить розробляти тести для виявлення динамічних несправностей. При цьому об'єкт діагностування розглядається як цифровий, а не імпульсний пристрій. Функціонування об'єкта описується в логіко-структурній формі, а динаміка – через часові параметри, які поставлені у відповідність переходам накопичувача як логічного автомата з одного стану в інший. Модель пристрою, що діагностується, задано як неявну діагностичну модель через опис справних пристроїв і описи динамічних несправностей. В роботі досліджувались цифрові та мікропроцесорні пристрої з компонентами, побудованими за КМДН-технологією. Це цифрові та мікропроцесорні пристрої, змонтовані на друкованих платах, що є функціональними вузлами блоків обчислювальної техніки та систем керування і на які накладені наступні обмеження: 1) за типом схем - тригерні схеми пам'яті і синхронні та асинхронні комбінаційні схеми; 2) за діапазоном частот функціонування - від 10 до 400 МГц; 3) за складністю – до 10 млн. елементів.

Компоненти моделі об'єкта: 1) з'єднувач С, який моделює провідник кристалу НВІС або друкованої плати; 2) додатній перемикач Sn, який відображає n-МДН-транзистор; 3) від'ємний перемикач Sp, який описує p-МДН-транзистор; 4) накопичувач W, який моделює паразитні ємнісні взаємодії. Змінні елементів моделі приймають значення мінімальної множини значень сигналів V4={0, 1, U, Z}, де U - невизначене значення, яке відповідає невідомим, невизначеним станам схеми, "боротьбі" сигналів; Z - значення, яке відповідає стану схеми, в якому вона має високий вихідний опір, або розриву з'єднання.

Модель М цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування, має такий вигляд:

M = < X, Y, Z, C, Sn, Sp, W, fC, fSn, fSp, fW, G, T >,

де X = {x1, x2, ..., xl} - множина вхідних значень; Y = {y1, y2, ..., ym} - множина внутрішніх значень; Z = {z1, z2, ..., zn} - множина вихідних значень; C = {c1, c2, ..., cp} - множина з'єднувачів; Sn = {sn1, sn2, ..., sns} - множина додатніх перемикачів; Sp = {sp1, sp2, ..., spr} - множина від'ємних перемикачів; W = {w1, w2, ..., wq} - множина накопичувачів; fC - функція з'єднувачів; fSn - функція позитивних перемикачів; fSp - функція негативних перемикачів; fW - функція накопичувачів; G - структурна схема моделі; T = {t1, t2, ..., tk} - множина моментів часу; l, m, n, p, s, r, q, k О N.

В другому пункті другого розділу розроблено моделі прояву динамічних несправностей пристроїв, що розглядаються. Основний підхід до виявлення динамічних несправностей полягає у виявленні особливостей прояву ознак їх класів, а саме умов прояву і характеру прояву. Усі динамічні несправності цих пристроїв поділено на два типи: логічні динамічні і нелогічні динамічні несправності, що є вихідним положенням для методології тестового комбінованого діагностування. Логічні динамічні несправності відображають несправності елементів, і до них віднесені динамічні несправності, які пов'язані із зберіганням паразитної ємності. Нелогічні динамічні несправності описують несправності зв'язків. До них віднесені: 1) "перешкоди"; 2) "змагання"; 3)затримки".

Моделювання динамічних несправностей проведено на базі запропоно-ваної моделі М цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування, що означає, зокрема, належність значень змінних алфавіту V4.

Множина MДН={МЄ, МП, МЗМ, МЗ} моделей прояву динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, має такий вигляд:

Повна модель МЦПД цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування, задається як неявна діагностична модель через опис М справних пристроїв і опис MДН динамічних несправностей:

МЦПД = < M, MДН >

Проведено аналіз достовірності розробленої моделі цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, який підтвердив коректність моделі.

В третьому пункті другого розділу удосконалено математичну модель засобів виявлення динамічних несправностей.

Моделювання засобів виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, проведено на базі аналізу запропонованої моделі МЦПД цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування та відомих принципів побудови засобів тестового діагностування, зокрема, СКД "ТЕКОД".

Математична модель МЗВ засобів виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, в загальному випадку наступна:

МЗВ = < МЦПД, S, Z, A, П, C ТВ, С КС, N ТД, N КС, t0, t1, f a max, f r max >,

де МЦПД - модель цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування; S={s1, s2,...,sk} - множина можливих динамічних несправностей; Z={z1, z2,...,zl} - множина підозрюваних динамічних несправностей; A={a1, a2,...,am} - множина компонентів засобів; П={п1, п2,...,пn} - множина адаптивних правил; C ТВ - глибина каналів пам'яті тест-векторів; С КС - глибина каналів пам'яті даних про короткочасні сигнали; N ТД - кількість каналів подання тестових дій; N КС - кількість каналів реєстрації короткочасних сигналів; t0 - мінімальна тривалість значення 0 в послідовності 1-0-1 короткочасного імпульсу перешкоди, наявність якого фіксує блок реєстрації короткочасних сигналів; t1 - мінімальна тривалість значення 1 в послідовності 0-1-0 короткочасного імпульсу перешкоди, наявність якого фіксує блок реєстрації короткочасних сигналів; f amax - максимальна частота подання тестових впливів; f rmax - максимальна частота зняття відповідних реакцій, k, l, m, n О N.

Компоненти множини А: керуюча ЕОМ; спецпроцесор керування введенням і виведенням тестової інформації; ОЗП спецпроцесора; блок пам'яті тестових дій і відповідних реакцій; генератор програмований; таймер інтервальний; блок реєстрації короткочасних сигналів; блок формування рівнів напруг тестових сигналів; пристрій спряження з ОД; багатоконтактні пристрої для контактування з внутрішніми точками; модуль інтерфейсу користувача; база описів цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією; база описів динамічних несправностей; база описів тестів; база описів адаптивних правил; модуль інтерфейсу СУБД; система введення опису цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією; система задання описів динамічних несправностей; система підготовки описів тестів; система управління СКД; система опрацювання адаптивних правил.

Структуру підсистеми АПДЕ приведено на рис.1.

Оцінка достовірності розробленої математичної моделі МЗВ виконувалась шляхом зворотного аналізу.

В четвертому пункті другого розділу проведено оцінювання адекватності моделі цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування, яке засвідчило адекватність моделі.

В третьому розділі розроблено метод виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією. В першому пункті третього розділу викладено суть цього методу, який ґрунтується на наступних принципах: 1) опис фрагментів цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, здійснюється на основі моделі М, яка адекватно відображає структуру і функціонування пристроїв, зокрема, топологію схем, що є необхідною умовою виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією; 2) перевірка на наявність динамічних несправностей, які задаються моделями МДН, реалізується послідовністю двох наборів: установчого і перевіряючого, що випливає з наявності паразитних ємнісних зв'язків, яким властивий ефект "запам'ятовування" значень попередніх сигналів, та прояву динамічних несправностей під час перехідних процесів; 3) принцип врахування поточної інформації при виборі рішення щодо наступного циклу виявлення несправностей.

Запропонований метод діагностування розроблено на базі удосконаленої математичної моделі МЗВ засобів виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією. Обрані засоби задають цей метод. Запропоновано такі основні етапи методу, що розглядається: 1) синтез тестів; 2) реалізація тестів; 3) дешифрація відповідних реакцій; 4) вибір наступного тесту; 5) врахування поточної інформації для зменшення вартості діагностування.

При синтезі тестів використовується модель М цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією. Перелік з'єднувальних ліній упорядковується за пріоритетом щодо наявності динамічних несправностей. Далі почергово обираються лінії згідно пріоритету. Для кожної лінії формується перелік можливих динамічних несправностей згідно запропонованої класифікації. Перелік динамічних несправностей упорядковується за пріоритетом щодо можливості її наявності. В обрану лінію вноситься відповідна динамічна несправність. Якщо тест даної несправності ще не синтезований, то він синтезується згідно методу PODEM. Отриманий тест-вектор буде перевіряючим набором тесту. З метою підвищення достовірності тестування список динамічних несправностей, які перевіряються одержаним тестом, доповнюється шляхом відповідного моделювання. Кожному тесту присвоюється коефіцієнт керованості. Якщо певну динамічну несправність можна перевірити кількома різними тестами, то обирається тест з максимальним коефіцієнтом керованості.

Реалізація тестів виконується відповідними апаратними засобами на частоті прояву динамічної несправності. Як правило, це максимальна робоча частота пристрою.

Аналіз відповідних реакцій об'єкта діагностування виконується з використанням адаптивних правил, які вказують або перелік підозрюваних динамічних несправностей, або ж динамічну несправність, наявність якої потрібно верифікувати.

Наступний тест обирається на основі аналізу відповідних реакцій вже реалізованих тестів з урахуванням статистичних даних, зокрема, наявності чи відсутності імпульсів, що поділяє поточну множину підозрюваних динамічних несправностей на дві групи і визначає одну з них як пріоритетну.

Після реалізації тестів вноситься інформація про фактичну несправність, на основі якої корегуються пріоритети ліній і несправностей, коефіцієнти керованості тестів, а також адаптивні правила виявлення динамічних несправностей. Таким чином виконується пристосування під особливості певного класу пристроїв і досягається зменшення вартості та підвищення ефективності діагностування на кожній ітерації виявлення динамічних несправностей. Без виконання таких дій вартість діагностування буде максимальною.

Кожна розглянута стадія даного методу, в свою чергу, складається з певних процедур та методик, тому проведене їх уточнення. Зокрема, оскільки класифікація ознак прояву динамічних несправностей дозволяє проводити їх виявлення в залежності від типу та класу, виду і місця прояву шляхом відповідного порядку подання тестів та вибору наступних тестів з урахуванням попередніх результатів, то справедливе таке твердження.

Твердження. Якщо на виході цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, зафіксовано наявність короткочасних сигналів (імпульсів), то до множини підозрюваних динамічних несправностей відносяться несправності, які пов'язані з "перешкодами" і "змаганнями".

Доведення. Так як несправності, які пов'язані з "перешкодами" і "змаганнями" проявляються у виникненні імпульсів, а динамічна несправність, пов'язана із зберіганням паразитної ємності, і "затримка" не проявляються у виникненні імпульсу, то твердження доведено.

Наслідок. Реєстрація наявності імпульсів дозволяє відокремити динамічні несправності, пов'язані із зберіганням паразитної ємності, і несправності, які пов'язані із "затримками" від несправностей, пов'язаних з "перешкодами" і "змаганнями".

Звідси випливає наступне: для визначення класу наявної динамічної несправності цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, необхідно визначити наявність або відсутність імпульсів, після чого проводити подальше виявлення несправностей на обмеженій множині підозрюваних несправностей, що зменшує вартість діагностування.

На основі запропонованого методу виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, розроблено алгоритм виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, та методики виявлення динамічних несправностей заданих класів, які ґрунтуються на аналізі умов прояву несправностей цих класів.

У другому пункті третього розділу розроблено алгоритми синтезу тестів динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, та алгоритми доповнення переліку динамічних несправностей, які перевіряються заданим тестом.

У третьому пункті третього розділу проведено оцінювання ефективності цих алгоритмів. Отримані оцінки ефективності є задовільними для практичної реалізації методу виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією.

В четвертому розділі розроблені апаратні та програмні засоби реалізації запропонованого методу виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, на основі математичної моделі МЗВ засобів виявлення динамічних несправностей цих об'єктів діагностування. Розроблені засоби входять до складу автоматизованої системи тестового комбінованого діагностування (СКД) "ТЕКОД-2М" (рис.2).

В склад СКД входить: керуюча ЕОМ (КЕОМ), спецпроцесор керування введенням і виведенням тестової інформації (СП КВВ), ОЗП спецпроцесора, блок пам'яті тестових дій і відповідних реакцій (БПТДВР), генератор програмований (ГП), таймер інтервальний (ТІ), блок реєстрації короткочасних сигналів (БРКС), блок формування рівнів напруг тестових сигналів (БФРН), пристрій спряження з ОД (ПС), багатоконтактні пристрої для контактування з внутрішніми точками (БПК).

Структура розробленого блоку БРКС (рис.3), містить ФА - формувач адреси, ОЗПКС - ОЗП інформації про наявність короткочасних сигналів, Т - набір тригерів, БД - буфер даних, ГП - генератор програмований, ШД шина даних.

У третьому пункті четвертого розділу проведено оцінювання достовірності і ефективності процесу виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, що засвідчило підвищення відповідних оцінок.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішене важливе народногосподарське завдання - розробка методу і засобів тестового діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, яка спрямована на підвищення достовірності і ефективності процесу діагностування за рахунок розроблення нових моделей, методу і засобів виявлення динамічних несправностей.

Використовуючи системний підхід, методологію технічної діагностики, теорію моделювання, теорію множин і математичну логіку, отримано такі основні теоретичні і практичні результати:

1. Проведено аналіз цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єктів діагностування, який виявив наявність їх особливостей у порівнянні з пристроями, побудованими за ТТЛ-технологією, зокрема, щодо характеру прояву динамічних несправностей. З аналізу зроблено висновок, що відомі на сьогодні засоби діагностування не приводять до задовільного вирішення задач діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією.

2. Проведено аналіз методів і засобів діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, який виявив наявність недоліків, а саме: неврахування "змагань", "перешкод", динамічних несправностей, пов'язаних із збереженням паразитної ємності, відсутність єдиної класифікації динамічних несправностей, високу трудомісткість діагностування та відсутність пристосування процесу тестування до особливостей конкретних видів цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією. Виявлено, що внаслідок недостатньої глибини пошуку динамічних несправностей та значного часу тестування досліджувані методи і засоби діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, не відповідають сучасним вимогам до ефективності і достовірності процесу виявлення динамічних несправностей.

3. Одержала подальший розвиток математична модель цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, як об'єтів діагностування, котра відрізняється від відомих тим, що вона включає в себе як логічні змінні, котрі описують вхідні та вихідні сигнали, внутрішні стани пристрою, функції елементів пристрою, так і динамічні параметри, зокрема, час затримки сигналу та затримки переключення елементів пристрою з одного стану в інший, їх включення та виключення. Це дає змогу описувати елементи і пристрої не тільки в дискретні моменти часу, що відповідають певним тактам і логічним станам, а й в моменти перехідних процесів, що відповідають перемиканню пристроїв. Розроблена модель покладена в основу опису моделей прояву динамічних несправностей пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією.

4. Вперше запропоновані моделі прояву динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, зокрема, моделей динамічної несправності, пов'язаної із зберіганням паразитної ємності, динамічних несправностей, що виникають внаслідок "перешкод", "змагань", "затримок". Новим у запропонованих моделях є те, що в них враховані: параметри, пов'язані з ефектом "запам'ятовування" значень сигналів, що є наслідком паразитних ємнісних взаємодій; параметри топології пристроїв; часові параметри спотворених сигналів. Наявність часового опису та топології пристроїв дозволяє моделювати подання тестових наборів на об'єкт діагностування через певні інтервали модельного часу, не очікуючи встановлення сигналів на всіх лініях магістралей пристрою.

5. Удосконалено математичну модель засобів виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, шляхом введення в неї параметрів, що характеризують функції засобів виявлення динамічних несправностей, множин можливих та підозрюваних несправностей, динамічних параметрів сигналів тестових впливів та відповідних реакцій, параметрів моделей об'єктів діагностування. Це дало змогу розробляти ефективні засоби діагностування пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, котрі з високою достовірністю виявляють в них несправності динамічного типу.

6. Розроблено новий метод виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, який відрізняється від відомих тим, що динамічні несправності виявляються у певній послідовності, зокрема, спочатку несправності, пов'язані з "перешкодами" та "змаганнями", а потім несправності, пов'язані із зберіганням паразитної ємності, та типу "затримка". Це зменшує витрати на діагностування. Новизна розробленого методу при виявленні динамічних несправностей, пов'язаних з "перешкодами" і "змаганнями" полягає також у реєстрації на виходах пристрою не логічних сигналів, а короткочасних імпульсів, котрі виникають внаслідок наявності цих несправностей.

7. Розроблено методики для виявлення несправностей динамічного типу, зокрема, методику виявлення несправностей, пов'язаних із зберіганням паразитної ємності, методику виявлення несправностей, пов'язаних із "змаганнями" сигналів, методику виявлення несправностей типу "затримка", методику виявлення несправностей, пов'язаних з "перешкодами". Запропоновані методики підвищують ефективність діагностування за рахунок оптимізації алгоритмів виявлення динамічних несправностей, що покладені в основу перерахованих методик.

8. Модифіковано структуру системи комбінованого діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв шляхом введення в неї нового блоку реєстрації короткочасних сигналів, функція якого полягає у реєстрації короткочасних сигналів перешкод, що дало можливість підвищити достовірність контролю і діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, за рахунок застосування нового принципу функціонування блоку реєстрації короткочасних сигналів перешкод, який полягає у реєстрації їх появи не в запрограмованій, а у будь-якій точці тактового інтервалу.

9. Впроваджено у виробництво розроблені апаратні і програмні засоби діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією, що дало змогу підвищити надійність засобів обчислювальної техніки та керування за рахунок підвищення ефективності діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією в 1.64 рази.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Локазюк В.М., Глущак С.В. Логіко-динамічна модель КМДН-схем ЕОМ як об'єктів діагностування з відображенням динамічних дефектів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - №1. - С. 84-88.

2. Глущак С.В. Адаптивний підхід до ідентифікації динамічних несправностей комплементарних метал-діелектрик-напівпровідників схем ЕОМ // Вісник Технологічного університету Поділля. Частина 3. Технічні науки. - 2000. - №6. - С. 147-149.

3. Чешун В.М., Глущак С.В., Чорненький В.І. Оптимізація алгоритмів комбінованого діагностування методом гілок та меж // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1997. - №1. - С.136-139.

4. Глущак С.В. Чешун В.М., Чорненький В.І. Метод ідентифікації динамічних несправностей класу перешкод у взаємодіючих лініях зв'язку // Вісник Технологічного університету Поділля. Серія 1. Технічні науки. - 1997. - №1. - С.70-75.

5. Глущак С.В. Засоби ідентифікації динамічних несправностей КМДН-пристроїв обчислювальної техніки // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - №2. - С.112-115.

6. Глущак С.В. Ідентифікація несправностей динамічного типу в обчислювальних пристроях // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: Збірник матеріалів ІV науково-технічної конференції. 3-5 червня 1997 р., м. Хмельницький. - Хмельницький: ТУП, 1997. - С.59.

7. Глущак С.В., Бойчук В.О. Особливості синтезу тестів динамічних несправностей КМДН-пристроїв // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: Збірник наукових праць. - Хмельницький: ТУП, 2001. - С.34-36.

8. Глущак С.В., Огнєвий О.В. Адаптивна система ідентифікації динамічних несправностей КМДН схем ЕОМ // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: Збірник наукових праць. - Хмельницький: ТУП, 2000. - С.82-85.

9. Локазюк В.М., Чешун В.М., Глущак С.В., Чорненький В.І. Система комбінованого діагностування "ТЕКОД-2М" // Збірник наукових праць молодих вчених та студентів за матеріалами конференції 23 квітня 1998 року, частина 3. - К.: ДАЛПУ, 1998. - С.17-18.

10. Глущак С.В. Метод генерації тестів динамічних несправностей КМДН-пристроїв // Контроль і управління в складних системах. (КУСС-2001). Тези доповідей шостої міжнародної науково-технічної конференції. м. Вінниця, 8-12 жовтня 2001 року. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2001. - С.231.

11. Глущак С.В. Несправності динамічного типу в цифрових та аналого-цифрових структурах обчислювальної техніки // Тези доповідей наукової конференції молодих вчених та студентів, частина друга, 18-19 квітня 1996 року. - К.: ДАЛПУ, 1996. - С.47.

12. Глущак С.В., Чешун В.М. Структурний метод ідентифікації динамічних несправностей обчислювальних пристроїв // Контроль і управління в технічних системах (КУТС-97). Книга за матеріалами четвертої міжнародної науково-технічної конференції. м. Вінниця, 21-23 жовтня 1997 року. У 3-х томах. Том 2. - Вінниця: "УНІВЕРСУМ-Вінниця", 1997. - С.174-176.

13. Глущак С.В. Перемикаюче моделювання динамічних несправностей КМДН схем ЕОМ // Тези доповідей наукової конференції молодих вчених та студентів, 25-27 квітня 2000 року. – К.: КДУТД, 2000. - С.94.

14. Декл. пат. 28350 А УКРАЇНА, МКВ G 01 R 31/318. Автоматизована система тестового контролю і діагностування цифрових мікропроцесорних блоків. / В.М. Локазюк, Ю.В. Хмельницький, О.В. Огнєвий, В.М. Чешун, С.В. Глущак; Технологічний університет Поділля. - №96083190; Заявл. 08.08.1996; Опубл. 16.10.2000, Бюл.№5-II.

15. Глущак С.В. Математична модель засобів виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2002. - №3. – Т.1. – С.112-115.

16. Глущак С. Метод генерації тестів динамічних несправностей КМДН-пристроїв // Контроль і управління в складних системах (КУСС-2001). Матеріали шостої міжнародної науково-технічної конференції. м. Вінниця, 8-12 жовтня 2001 року. – Т.2. – С.170-172.

АНОТАЦІЇ

Глущак С.В. Метод і засоби тестового діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. - Вінницький державний технічний університет, Вінниця, 2002.

Дисертація присвячена розробці методу та засобів тестового діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією. В дисертації розроблено метод виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією. Розроблено програмно-апаратні виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією. Розроблені математичні моделі, метод, методики та засоби, орієнтовані на автоматизацію і підвищення достовірності та ефективності процедур тестового комбінованого діагностування виявлення динамічних несправностей цифрових та мікропроцесорних пристроїв з компонентами, побудованими за КМДН-технологією.

Ключові слова: діагностування, мікропроцесорні пристрої, математична модель, динамічні несправності, компоненти, побудовані за КМДН-технологією, засоби виявлення несправностей.

Глущак С.В. Метод и средства тестового диагностирования цифровых и микропроцессорных устройств с компонентами, изготовленных по КМДП-технологии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 - элементы и устройства вычислительной техники и систем управления. – Винницкий государственный технический университет, Винница, 2002.

Диссертация посвящена разработке методов и средств тестового диагностирования цифровых и микропроцессорных устройств с компонентами, изготовленных по КМДП-технологии. Вследствие анализа этих устройств как объектов диагностирования были выявлены их особенности в сравнении с цифровыми устройствами на схемах, выполненных по ТТЛ-технологии. Анализ методов и средств диагностирования цифровых устройств с компонентами КМДП-технологии дал наличие решений, позволяющие находить статические неисправности указанных устройств, и недостатки тех, которые направлены на поиск динамических неисправностей этих устройств. Поставлена задача разработки нового метода и средств выявления динамических неисправностей цифровых и микропроцессорных устройств с компонентами, изготовленных по КМДП-технологии. Для решения указанной задачи в работе уточнена математическая модель этих устройств как объектов диагностирования. В качестве базовой модели устройств использована модель "соединитель-ключ" переключательного уровня. Разработаны модели проявления динамических неисправностей указанных устройств, к числу которых отнесены: динамические неисправности, связанные с сохранением паразитной емкости, "помехами", "гонками" и "задержками". Предложена классификация этих динамических неисправностей. Усовершенствована математическая модель соответствующих средств диагностирования. В ее состав включены временные параметры сигналов тестовых воздействий и ответных реакций, параметры моделей объектов диагностирования. Проведена оценка достоверности и адекватности предложенных моделей. В диссертации также разработан метод выявления динамических неисправностей цифровых и микропроцессорных устройств с компонентами, изготовленных по КМДП-технологии. Предложены дополнительные принципы тестового комбинированного диагностирования указанных устройств, в т.ч. принцип использования текущей информации при выборе следующего теста. Метод базируется на разработанных в диссертации моделях. Для уточнения вида динамической неисправности доказывается утверждение, согласно которому наличие кратковременных импульсов указывает на проявление динамических неисправностей, которые связаны только с "помехами" и "гонками". Разработанный метод позволяет приспосабливаться к объектам. Суть приспособления лежит в изменении последовательности тестов с целью уменьшения количества диагностических экспериментов путем использования текущих фактических данных. На основании этого метода предложены алгоритмы и методики диагностирования, в т. ч.: алгоритм выявления динамических неисправностей рассматриваемых устройств; методики выявления динамических неисправностей, связанных с сохранением паразитной емкости, "помехами", "гонками" и "задержками"; алгоритм синтеза тестов и алгоритм дополнения списка динамических неисправностей, которые проверяются заданным тестом. Проведена оценка эффективности разработанных алгоритмов. Разработаны программно-аппаратные средства выявления динамических неисправностей цифровых и микропроцессорных устройств с компонентами, изготовленных по КМДП-технологии. Повышение достоверности контроля и диагностирования указанных устройств достигается за счет повышения достоверности регистрации паразитных импульсов путем введения в структуру системы диагностирования блока регистрации кратковременных сигналов. Отличительная особенность этого блока от ранее используемого блока