Міністерство промислової політики України

Державне підприємство“

Науково-виробнича корпорація

"Київський інститут автоматики"”

Кльоц Юрій Павлович

УДК 004.3:004.891.3

МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ

БЕЗСЛОВНИКОВОГО ТЕСТУВАННЯ

ЦИФРОВИХ СИСТЕМ

05.13.13 – Обчислювальні машини, системи та мережі

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Хмельницькому національному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор

Локазюк Віктор Миколайович,

Хмельницький національний університет,

завідувач кафедри системного програмування.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор

Дрозд Олександр Валентинович,

Одеський національний політехнічний університет,

професор кафедри комп’ютерних інформаційних систем та мереж

- кандидат технічних наук,

Ушаков Віктор Олександрович,

ДП Науково-виробнича корпорація “Київський інститут автоматики”,

провідний науковий співробітник

Провідна установа: - Національний університет "Львівська політехніка" Міністерства освіти і науки України, кафедра електронно-обчислювальних машин, м. Львів.

Захист відбудеться 11 квітня 2007р. о 1300 на засіданні спеціалізованої вченої ради к 26.818.01 ДП “НВК "Київський інститут автоматики"” за адресою : 04107, Київ-107, вул. Нагірна, 22, корп. 1., к.219.

Відзиви на автореферат у двох примірниках, засвідчені печаткою установи, просимо надсилати на адресу: 04107, Київ-107, вул. Нагірна, 22, ДП “НВК "Київський інститут автоматики"”, вченому секретарю.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ДП “НВК "Київський інститут автоматики"”.

Автореферат розісланий 9 березня 2007р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Кандидат технічних наук Л.П. Тронько

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Сучасний етап розвитку техніки характеризується інтенсивним впровадженням цифрових систем в різні сфери життєдіяльності людини. Складність та різноманітність задач, що вирішуються цифровими системами, зумовлює високі вимоги до їх якості та надійності. Потрібні показники якості та надійності, в свою чергу, не можуть бути забезпечені без використання ефективних методів та засобів діагностування на різних етапах виробництва та експлуатації цифрової обчислювальної техніки.

Вагомий внесок в розвиток теорії і практики технічної діагностики обчислювальних систем внесли зарубіжні та вітчизняні вчені Пархоменко П. П., Сагомонян Е. С., Гуляєв В. А., Мозгалевський А. В., Тоценко В. Г., Романкевич О. М., Савченко Ю. Г., Кривуля Г. Ф., Володарський Е. Т., Цапенко М. П., Кіншт Н. В., Ксенз С. П., Байда М. П., Малишенко Ю. В., Чіпуліс В. П., Шаршунов С. Г., Давидов П. С., Харченко В. С., Дрозд А. В., Локазюк В. М., Хорвуд В., Бостром С., Кінгз І., Майєрс Г., Олби А. та інші.

Дослідження особливостей різноманітних методів пошуку несправностей цифрових систем показує, що найбільше ускладнень на етапі підготовки вихідних даних для діагностування виникає в ході складання словників несправностей, в яких містяться перелік можливих несправних станів об’єкта діагностування та характерні ознаки прояву несправностей, що дозволяють відрізнити кожен з цих станів від іншого. Виникнення ускладнень пояснюється наступними чинниками.

Теоретичне прогнозування всіх можливих несправностей сучасних цифрових систем та визначення особливостей прояву цих несправностей за різних вихідних умов є задачею надзвичайно складною і, в більшості випадків, такою, що практично не може бути вирішена. Це, в свою чергу, не дозволяє виконати формування достатньо повних словників несправностей.

Значним недоліком існуючих методів діагностування є необхідність зберігання в словниках несправностей великих обсягів надлишкової інформації, яка пояснюється наступними причинами:

-

-

-

-

-

Такий стан знижує ефективність відомих і вимагає розроблення нових, більш ефективних, методів та засобів тестування цифрових систем. Відсутність ефективних методів тестування, що не використовують словників несправностей і не вимагають додаткового збору статистики про цифрові системи на сьогодні робить задачу розроблення моделей та методів тестування цифрових систем актуальною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Представлені в дисертації дослідження проводились в рамках держбюджетних НДР Хмельницького національного університету №1Б-2001 “Методологія тестового комбінованого діагностування мікропроцесорних пристроїв та систем на базі компонентів штучного інтелекту” (номер держреєстрації 0101U5058) та №1Б-2005 “Теорія нейромережних і нечітких моделей та методологія створення інтелектуальних систем діагностування комп'ютерних пристроїв” (номер держреєстрації 0101U000725).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності діагностування цифрових систем за рахунок зменшення об'ємів тестової інформації для пошуку несправностей, методами та засобами безсловникового тестування цифрових систем.

Наукова задача полягає у підвищенні ефективності діагностування цифрових систем.

Задачі дослідження в роботі формулюються наступним чином:

1) провести аналіз сучасних цифрових систем та їх складових як об’єктів діагностування та вияснити проблеми, що виникають у процесі їх тестування;

2) провести аналіз відомих методів тестування цифрових структур та дослідити їх недоліки;

3) на основі аналізу уточнити концепцію словникового та безсловникового тестування цифрових систем;

4) розробити методи безсловникового діагностування цифрових систем та їх складових;

5) розробити методику та алгоритми визначення підозрюваних на несправність компонентів цифрових систем на основі безсловникового підходу;

6) реалізувати безсловникові методи діагностування цифрових систем у вигляді програмних додатків та впровадити їх у виробництво з метою підвищення надійності та ефективності експлуатації цифрових пристроїв та систем.

Об’єкт дослідження – процес тестового діагностування цифрових систем.

Предмет дослідження – безсловникові методи та засоби тестування цифрових систем.

Методи дослідження базуються на основних положеннях технічної діагностики, котрі є визначальними в досягненні мети дисертаційної роботи. Імітаційна модель несправної роботи системи розроблена на основі теорії моделювання. Безсловниковий метод визначення підозрюваних на несправність компонентів базується на теорії множин, теорії алгоритмів та теорії прикладного програмування.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Запропоновано новий підхід до тестування цифрових пристроїв та систем, суть якого полягає у відсутності необхідності моделювання всіх відомих типів несправностей пристрою чи системи, що дозволяє відмовитись від попереднього складання словників несправностей.

2. Удосконалено процедури тестування цифрових систем за рахунок врахування ступеня підозрюваності компонентів тестованої системи шляхом формування списку підозрюваних у несправності компонентів на основі незбіжностей відповідних реакцій цифрової системи, що тестується, з результатами моделювання несправностей на імітаційній моделі системи і наступним відсотковим аналізом ступеня підозрюваності кожного компонента системи та виключенням певних компонентів з числа підозрюваних, що спрощує подальше тестування системи.

3. Вперше розроблено метод двоетапного безсловникового тестування цифрових систем, суть якого полягає у тому, що процедура пошуку несправностей складається з двох етапів: на першому етапі за допомогою організованих програмних лічильників на моделі системи виявляються підозрювані компоненти; на другому етапі частина компонентів виключається з підозрюваних шляхом штучного введення несправностей різних типів у моделі компонентів і реєструється неспівпадання результатів їх моделювання з результатами тестування ОД, що дає можливість істотно зменшити трудомісткість процесу тестування за рахунок тестування на несправності тільки тих компонентів системи, що були запідозрені на несправність на першому етапі тестування та підвищити достовірність тестування за рахунок другого етапу.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Наукові положення, висновки і рекомендації дисертаційної роботи обґрунтовані коректним використанням математичного апарату, успішною апаратною і програмною реалізацією розробленого безсловникового методу тестування цифрових систем, ефективним практичним впровадженням результатів дисертаційних досліджень на підприємствах, що експлуатують цифрові системи, яке продемонструвало збігання теоретичних досліджень з реальними результатами.

Практичне значення одержаних результатів. Дослідження проводились з врахуванням наступної їх практичної реалізації. Використання одержаних в роботі результатів дозволило розробити та впровадити нову систему безсловникового тестування цифрових систем. Результати експериментальних досліджень з використанням розробленого програмного забезпечення підтверджують вірність наукових положень запропонованого методу.

Основні результати дисертації знайшли застосування при розробці та експлуатації системи безсловникового тестування цифрових систем на підприємстві “Релком-Поділля”, У Хмельницькій філії ВАТ “Укртелеком” а також в навчальному процесі Хмельницького національного університету при викладанні дисциплін “Технічна діагностика обчислювальних пристроїв і систем”, “Надійність, контроль та експлуатація ЕОМ”

Особистий внесок здобувача. Всі основні наукові результати дисертаційного дослідження, які представлено до захисту, одержані автором особисто. Роботи [1,5,6,7,14] опубліковані самостійно. У друкованих працях, опублікованих у співавторстві, автору належать: графічна модель ОД [1,9]; двоетапний алгоритм визначення підозрюваних на несправність компонентів [2-5,10,12-14]; безсловниковий метод визначення підозрюваних на несправність компонентів[2,4-6,11,15,16]; безсловниковий метод тестування цифрових систем, уточнена архітектура системи діагностування ЦС[7,8,11].

Апробація результатів дисертації. Наукові та практичні результати роботи доповідались на VІI – IX науково-технічних конференціях “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах” (м. Хмельницький, 2000- 2002 р.р.), VI Міжнародній конференції “Контроль і управління в складних системах” (м. Вінниця, 2001 р.), VI міжнародній конференції “Автоматизация проектирования дискретных систем.” (м. Мінськ, 2001р.), міжнародній науковій конференції “Наука і молодь” (м. Київ, 2002р.), міжнародній науково-практичній конференції “Автоматизація виробничих процесів” (м. Хмельницький, 2002 р.), міжнародній науково-практичній конференції “Мікропроцесорні пристрої та системи в автоматизації виробничих процесів” (м. Хмельницький, 2003 р.), міжнародній науково-практичній конференції “Мікропроцесорні пристрої та системи в автоматизації виробничих процесів” (м. Хмельницький, 2004р.); міжнародній науково-практичній конференції “Комп‘ютерні системи в автоматизації виробничих процесів” (м. Хмельницький, 2005р.); а також на міжкафедральних семінарах факультету комп’ютерної інженерії та радіоелектроніки. (м. Хмельницький).

Публікації. Основні результати дисертації викладено в 16 наукових публікаціях, серед яких 8 статей у фахових виданнях, що входять до переліку фахових видань ВАК України.

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, викладених на сторінках машинописного тексту, списку використаних джерел (104 найменування). Робота містить 29 рисунків; 2 таблиці та 3 додатки.

Основний зміст робОти

У вступі обґрунтована 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 цифрових пристроїв та систем як об’єктів діагностування. Визначено причини виникнення та класи несправностей.

Також проведено аналіз відомих методів тестування цифрових пристроїв та систем з метою виявлення недоліків в їх реалізації. Розглянуті методології тестового структурного, покомпонентного та комбінованого діагностування.

Розглянуто методи діагностування в залежності від обраного рівня моделі цифрової системи як об’єкта діагностування, методи побудови тестових послідовностей та способи їх подачі на об’єкт діагностування.

Проаналізовано і виявленого недоліки методів детермінованого та випадкового тестування, методів тестування за допомогою зовнішніх та вбудованих засобів, а також їх комбінацій, методів тестування за допомогою тестуючих програм.

Виявлено проблеми словникового тестового діагностування цифрових систем. Вони полягають в необхідності побудови словників несправностей досить великого обсягу. Для складних цифрових систем складання повних словників несправностей неможливе як практично так і теоретично. Використання неповних словників несправностей призводить до помилок при встановленні діагнозу. Стискування словника несправностей зменшує обсяги пам’яті, необхідні для його зберігання та не зменшує складності його побудови.

У першому розділі також сформульована загальнонаукова задача, яка вирішується в наступних розділах.

В другому розділі розглянуто концепцію словникового підходу тестування цифрових пристроїв та систем, а також запропоновано загальні підходи та концепцію безсловникового тестування цифрових систем.

Згідно словникового підходу ідентифікація несправності пристрою здійснюється за алгоритмом, показаним на рис. 1., а згідно безсловникового підходу така ідентифікація несправності пристрою здійснюється за алгоритмом, показаним на рис. 2.

Визначення 1. Під словниковим підходом до тестування цифрових систем будемо розуміти такий підхід, при якому у тесті містяться описи тест-векторів, котрі відповідають стимульованим сигналам, що моделюють несправності ОД і транслюють їх на виходи схеми.

Визначення 2. Під безсловниковим підходом до тестування цифрових систем будемо розуміти наступний підхід, при якому у тесті містяться тільки ті описи тест-векторів, котрі відповідають сигналам тестових впливів, стимулюючим на виходах схеми відповідні реакції, що відповідають справному стану ОД.

Рис. 1. Алгоритм ідентифікації несправностей за словниковим підходом | Рис. 2. Алгоритм ідентифікації несправностей цифрової системи за безсловниковим підходом

Для усунення складностей, що виникають при розробці словників несправностей, пропонується використовувати в процесі діагностування безсловникові процедури пошуку несправностей, які базуються на наступних основних положеннях:

-

-

-

якщо під час виконання послідовності тестових випробувань певний компонент попадає до множини підозрюваних на несправність значно більшу кількість разів, чим інші компоненти об’єкта діагностування, то ймовірність того, що цей компонент несправний, найбільша.

При діагностуванні на ОД та фізичну модель ОД подаються однакові тестові набори з послідовності X. Подавши цю послідовність одночасно на ОД та фізичну модель ОД, можна сформувати деякий „вектор неспівпадінь” R як результат діагнозу. При можна робити висновок про еквівалентність несправностей в ОД та змодельованої в фізичній моделі ОД. У всіх інших випадках – лише про недосконалість засобів моделювання несправностей. Результат діагнозу можна представити в компактній формі, підрахувавши лічильником число неспівпадінь.

У випадку, коли для тестування використовується псевдовипадкова послідовність, на входи ОД та моделі підключається відповідний генератор псевдо випадкової послідовності (ГПП), а на виходах – сигнатурні аналізатори СА1 та СА2. При фізичному моделюванні генератор та аналізатори – це регістри зсуву із зворотними зв’язками через суматори по модулю 2.

Аналогічно, як і в попередньому випадку, при неспівпадінні (тепер вже сигнатур) робиться висновок про наявність в ОД несправності, яка на даному кроці експерименту змодельована. Коли вектор неспівпадань , робиться висновок про наявність в ОД несправності (несправностей).

Виходячи з наведених міркувань можна стверджувати, що можливість моделювання у повному обсязі на фізичному рівні логічних та динамічних несправностей навряд чи є реалістичною для систем навіть середнього рівня складності.

Визначення 3. Під циклом моделювання будемо розуміти процес визначення відповідних реакцій схеми при подаванні на модель ОД одного з можливих тестових векторів.

За класичними методами для побудови повного словника несправностей необхідно промоделювати роботу ОД у всіх можливих станах на всій послідовності тестових векторів.

Кількість циклів моделювання складе: ,

де – кількість тестових впливів, необхідна для реалізації одного циклу, котрий відповідатиме одному можливому стану ОД; – кількість можливих станів всіх компонентів ОД, як справного так і несправних.

Для моделювання справної роботи системи на всій тестовій послідовності необхідно виконати циклів моделювання ( – кількість тестових впливів, що подана на ОД).

Для визначення підозрюваних компонентів необхідно виконати алгоритм визначення міри підозри для всіх компонентів на всіх помилкових тестових реакціях. Звідси отримаємо: , де – кількість тестових впливів, на яких отримано помилкові відповідні реакції; – кількість компонентів.

Загальна кількість циклів моделювання для реалізації алгоритму за словниковим методом складе: .

Враховуючи те, що час подавання тестової послідовності і прийому відповідних реакцій для діагностування динамічних несправностей визначається частотою роботи об’єкта діагностування і майже не залежить від методу генерації тестової послідовності і оброблення результатів, для оцінки алгоритму ідентифікації несправності також використаємо параметр – кількість циклів моделювання ().

Вихідними даними для алгоритму за безсловниковим методом ідентифікації несправності є: – тестова послідовність , де - -й тестовий вплив - тест-вектор; - кількість тест-векторів, що може бути згенерована як детермінованими так і випадковими методами. При цьому ; – послідовність реальних відповідних реакцій , де - -та відповідна реакція на -й тестовий вплив, за умови, що їх кількість рівна. Тобто ; - множина станів ОД; , де – -й стан ОД; – кількість можливих станів ОД; , при чому – справний стан ОД, – несправні стани ОД; – ймовірність перебування ОД в -му стані, .

Для якнайшвидшої ідентифікації стану ОД впорядкуємо стани згідно умови: .

Рис. 3. Процес перевірки гіпотез

Кожному стану поставимо у відповідність гіпотезу , згідно якої ОД знаходиться саме в стані . Процес встановлення стану ОД полягає в послідовній перевірці гіпотез і продовжується до моменту підтвердження однієї з цих гіпотез. Графічно цей процес зображено на рис. 3. На цьому рисунку – ймовірність перевірки -ї гіпотези, – ймовірність знаходження ОД в -му стані за умови, що попередньо перевірені гіпотези спростовані. Враховуючи те, що гіпотези спростовані і події є неможливими маємо: ,

де - -та подія, .

Виходячи з того, що події та подія, яка полягає в перевірці гіпотези , є несумісними і складають повну групу подій (сума їх ймовірностей дорівнює 1) маємо: .

Перевірка гіпотези полягає в подаванні на модель ОД тестової послідовності , яка складається з тестових впливів і порівняння отриманих змодельованих відповідних реакцій з реальними відповідними реакціями . З огляду на те, що події, які полягають в перевірці гіпотез , є випадковими отримаємо середню кількість циклів моделювання, необхідну для реалізації алгоритму ідентифікації несправності за безсловниковим методом: .

У випадку, коли ймовірності станів невідомі приймаємо . При досить великих .

У випадку нерівних ймовірностей станів, які розраховуються при виконанні алгоритму визначення міри підозри, ще менше.

Побудуємо графіки, що відображають кількість циклів моделювання, котрі відповідають словниковому та безсловниковому методу тестування (рис. 4, 5).

Рис. 4. Значення параметрів циклів моделювання при

Форми графіків відповідають гілкам парабол, що розташовані в одному октанті, але гілка, що відображає безсловникове тестування, є пологішою, а числові значення кількості циклів моделювання безсловникового тестування зростають повільніше при однаковій кількості та .

Рис. 5. Значення параметрів циклів моделювання при

Для визначення ефективності безсловникового методу у порівнянні із словниковим введемо поняття коефіцієнта ефективності моделювання тестування за словниковим та безсловниковим методами.

Визначення 4. За коефіцієнт ефективності моделювання тестування за словниковим методом приймемо відношення різниці суми циклів моделювання словникового та безсловникового тестування від кількості циклів словникового тестування до суми циклів моделювання словникового та безсловникового тестування.

Згідно визначення: .

Визначення 5. За коефіцієнт ефективності моделювання тестування за безсловниковим методом приймемо відношення різниці суми циклів моделювання словникового та безсловникового тестування від кількості циклів безсловникового тестування до суми циклів моделювання словникового та безсловникового тестування.

Згідно визначення: .

Тобто, є доповненням до одиниці відношення циклів безсловникового тестування до суми циклів словникового та безсловникового тестування.

Введемо узагальнене поняття коефіцієнта ефективності методу тестування за відомою кількістю циклів моделювання.

Приймемо, що кількість методів тестування за відомою кількістю циклів моделювання відповідає кількості елементів множини , , де - -й метод тестування; - загальна кількість методів тестування.

Зрозуміло, що у нашому випадку множина включатиме словниковий та безсловниковий методи тестування.

Визначення 6. За коефіцієнт ефективності моделювання тестування за відомою кількістю циклів моделювання приймемо доповнення до одиниці відношення кількості циклів моделювання методу тестування, ефективність котрого визначається, до суми циклів моделювання множини методів тестування за відомою кількістю циклів моделювання.

Згідно визначення: ,

де - сума циклів моделювання множини методів тестування за відомою кількістю циклів моделювання; - кількість циклів моделювання методу тестування, ефективність котрого визначається; - -й метод тестування, ефективність котрого визначається.

Визначимо для розглянутих словникового та безсловникового методів тестування з врахуванням циклів моделювання та виразів (1, 2):

, .

З проведених вище розрахунків можна зробити висновок, що ефективність словникового чи безсловникового методів тестування при подаванні однакової кількості тестових впливів для реалізації одного циклу моделювання залежить тільки від кількості можливих станів компонентів. Інакше, необхідно враховувати конкретну кількість тестових впливів для реалізації кожного циклу моделювання.

З Рис. 4, 5 розрахуємо коефіцієнт ефективності для словникового та безсловникового методів тестування (3, 4):

, .

Порівняння одержаних значень коефіцієнтів ефективності словникового та безсловникового методів показує переваги безсловникового методу тестування.

В третьому розділі розроблено новий метод двоетапного безсловникового тестування цифрових систем.

Уточнимо поняття ступеня підозрюваності компонента на наявність несправності у кількісному вираженні. Позначимо: - кількість тест-векторів вхідної послідовності , яка була подана на ОД; - кількість реакцій вихідної послідовності на вхідну послідовність ; - кількість реакцій, що відповідають підозрі на несправність -го компонента (значення лічильника), тобто кількість неспівпадань результатів тестування з результатами моделювання еталонних реакцій.

Тоді ступінь підозрюваності -го компонента системи визначається за формулою: .

Визначення 7. За ступінь підозрюваності -го компонента системи на наявність несправності приймемо відношення кількості неспівпадань результатів першого етапу тестування з модельованими результатами до кількості реакцій вихідної послідовності.

Наслідок 1. Ступінь підозрюваності -го компонента системи на несправність є відношення кількості неспівпадань програмного лічильника до кількості реакцій вихідної послідовності.

Наслідок випливає з того, що вміст лічильника збільшується на одиницю при неспівпаданні результату тестування з модельованим результатом.

У перелік вхідних змінних введено змінну (параметр) з метою показати, що кількість тест-векторів вхідної послідовності може неспівпадати з кількістю реакцій вихідної послідовності .

Для вирішення поставленої задачі пропонується двоетапна процедура.

1-й етап, подібний до закидання сітки з дуже дрібними комірками, полягає у наступному.

Виділимо початкову підмножину відрізок вхідної послідовності до першого появу несправності таку, що першого разу несправність проявляється тільки на наборі . Знаючи цю підмножину, обчислимо (шляхом моделювання функцій об'єкта з врахуванням топології з'єднання компонентів і умов транспортування несправності до виходів) множину тих компонентів , на яких відбулася зміна вхідних сигналів ( або ) при переході від набору до набору . Формально (та з фізичних міркувань) є всі підстави запідозрити саме підмножину компонентів у несправності.

2-й етап полягає в “реабілітації” тих компонентів з числа підозрюваних, поводження яких при штучному введенні несправності відрізняється від проявів при тестуванні. Тобто, на другому етапі відбувається перевірка на наявність несправності кожного з підозрюваних компонентів по кожному виходу на усій вхідній послідовності . Для такої перевірки обираються по черзі можливі моделі несправностей: константні однократні, 2-кратні, 3-кратні і т. д., логічні однократні та інші. Отже, моделюються можливі несправні технічні стани кожного з підозрюваних компонентів. Якщо поводження компонента при зазначеному моделюванні несправних технічних станів не збігається з його поводженням при тестуванні на послідовності , компонент виключається з числа підозрюваних.

Алгоритм безсловникового тестування:

1-й етап

1.1. Визначити тестову послідовність для виконання контролю роботоздатності об'єкта діагностування і множину еталонних значень відповідних реакцій .

1.2. Сформувати одномірний масив розмірності ( – кількість компонентів об'єкта діагностування) з нульовими початковими значеннями елементів.

1.3. Установити відповідність між кожним компонентом об'єкта діагностування та елементом масиву .

1.4. Подати на входи об'єкта діагностування тестові впливи і зняти з контрольних точок відповідні реакції.

1.5. Якщо значення отриманих відповідних реакцій об'єкта діагностування збігаються з еталонними, перейти до п. 1.15.

1.6. Виконати моделювання роботи об'єкта діагностування і визначити компоненти (з числа приймаючих участь у формуванні сигналів відповідних реакцій), значення яких не збігається з еталонними.

1.7. .

1.8. Якщо -й компонент об'єкта діагностування не приймав участі у формуванні сигналів відповідних реакцій, перейти до п. 1.10.

1.9. Збільшити значення -го елемента масиву на 1.

1.10. .

1.11. Якщо , перейти до п. 1.8.

1.12. Якщо значення всіх елементів масиву дорівнює 0, перейти до п. 1.15.

1.13. Передати накопичену інформацію для проведення другого етапу.

1.14. Перейти до п. 1.16.

1.15. Встановити діагноз “об'єкт діагностування роботоздатний”.

1.16. Кінець алгоритму.

Результатом виконання цього алгоритму буде підтвердження роботоздатності об'єкта діагностування або масив , що дозволяє визначити “ступінь підозри” до кожного елемента.

2-й етап

2.1. Визначити номер елемента з максимальним значенням у масиві .

2.2. Для -го компонента задати множину моделей можливих несправних станів компонента . .

2.3. .

2.4. В моделі об'єкта діагностування замінити модель справної роботи -го елемента -ю моделлю несправної роботи цього ж елемента.

2.5. На отриману модель подати множину тестових впливів .

2.6. Якщо отримані відповідні реакції збігаються з – відповідними реакціями об'єкта діагностування, перейти до п. 2.12.

2.7. .

2.8. Якщо , перейти до п. 2.4.

2.9. Якщо в масиві є ненульові елементи, перейти до п. 2.1.

2.10. Передати накопичену інформацію експерту для встановлення діагнозу або визначення подальшого ходу випробувань об'єкта діагностування.

2.11. Перейти до п.2.13.

2.12. Установити діагноз “-й компонент має несправність, що описується -ю моделлю”.

2.13. Кінець алгоритму.

В четвертому розділі проведено опис розроблених апаратних та програмних засобів. Розглянуто апаратні засоби реалізації тестового діагностування. Для забезпечення найкращих умов реалізації безсловникового методу тестування цифрових систем відому систему тестового діагностування “Текод-2М” доповнено новим блоком реєстрації ознак несправностей.

Структура розробленого блоку БРОН (рис. 6) містить: ФА – формувач адреси, ОЗПЕР – ОЗП еталонних реакцій, К – цифровий компаратор, ОЗПОН – ОЗП ознак несправностей, РГП – паралельний регістр, РГЗ – зсувовий регістр, БД – буфер даних, ГП – генератор програмований, ШД – шина даних.

Рис. 6. Структура БРОН

Для реалізації безсловникового методу розроблене програмне забезпечення в середовищі Borland C++ Builder 6.0 та Borland C++ 5.0. Воно реалізує алгоритми безсловникового пошуку несправностей на основі даних, отриманих в результаті тестування цифрових пристроїв та систем.

Структурна схема програмного забезпечення представлена на рис. 7.

Рис. 7. Структурна схема програмного забезпечення

Запропоновано структуру файлів опису об’єктів діагностування.

Висновки

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному.

1. Проведено аналіз сучасних цифрових систем та відомих методів тестування, досліджено їх недоліки. У більшості випадків достатньо визначити несправний компонент або компоненти без класифікації типу їх внутрішніх несправностей. За таких умов зберігання інформації про можливі несправності кожного компонента об’єкта діагностування є надлишковим.

2. Уточнено і систематизовано концепцію безсловникового підходу до тестування цифрових систем. При безсловниковому підході відпадає необхідність в моделюванні несправностей ОД і трансляції їх на виходи, що спрощує тестування за рахунок моделювання тільки справного стану ОД. Тому немає необхідності у складанні словників несправностей. Як наслідок, спрощується алгоритм ідентифікації несправностей.

3. Проаналізовані математичні моделі несправностей ЦС, прийнятні в основному для систем, що побудовані на інтегральних схемах малого та середнього ступеня інтеграції. Кращими для реалізації безсловникового методу тестування ЦС є моделі, що ґрунтуються на сигнатурному аналізі та моделі, що грунтуються на використанні згортки, яка виконується на двійкових лічильниках. Це дає можливість істотно знижувати частку невиявлених помилок та несправностей.

4. Удосконалено процедуру тестування цифрових систем за рахунок врахування ступеня підозрюваності компонентів системи, що тестується шляхом формування списку підозрюваних у несправності компонентів на основі неспівпадань результатів моделювання і тестування, що фіксуються штучно створюваними програмними лічильниками для кожного з тестованих компонентів системи. Це дає змогу в подальшому або утвердити підозру на несправність щодо компонента, або виключити його з числа підозрюваних, що зменшує кількість компонентів системи, тестування яких має продовжитися, і в кінцевому результаті зменшує трудомісткість процесу тестування.

5. Вперше одержано метод двоетапного безсловникового тестування цифрових систем, який, на відміну від відомих, включає в себе два етапи, на першому з яких за допомогою програмних лічильників на моделі системи виявляються компоненти з проявом несправності і при продовженні процедури тестування їх ступінь підозрюваності або збільшується і переходить встановлену умовну межу, що дає підставу віднести його до підозрюваних на несправність і протестувати в подальшому на прояв відомих несправностей, або залишається сталою і є незначною, що дає підставу виключити його з числа підозрюваних і не тестувати в подальшому, чим зменшується трудомісткість процесу тестування. Другий етап реалізує тестування підозрюваних компонентів системи на прояви несправностей у вигляді інвертування сигналів реакцій, що підвищує достовірність тестування.

6. Удосконалено архітектуру відомої СКД шляхом введення в її структуру нового блоку реєстрації ознак несправностей компонентів ЦС, що дало змогу реалізувати запропоновані безсловникові методи тестування та спростити апаратну складову для реалізації процесу діагностування цифрових структур за рахунок введення програмних лічильників реєстрації неспівпадань сигналів відповідних реакцій ОД у процесі тестування, і значень цифрових сигналів, обрахованих у результаті моделювання.

7. Розроблено програмну складову для реалізації запропонованого безсловникового методу тестування цифрових структур, котра реалізує алгоритми безсловникового пошуку несправностей.

Безсловниковий метод тестування ЦС реалізовано на персональному комп’ютері. Розроблена схема процесу безсловникового тестування ЦС повністю реалізує метод двоетапного безсловникового тестування, що знижує трудомісткість моделювання ідентифікації несправностей і в кінцевому результаті підвищує ефективність діагностування ЦС на 78%. Наукові результати дисертаційної роботи впроваджені у Хмельницькій філії ВАТ “Укртелеком” та на підприємстві “Релком - Поділля“ (м. Хмельницький).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кльоц Ю. П. Безсловникові процедури пошуку несправностей – перспективний підхід до діагностування мікропроцесорних пристроїв // Вісник Технологічного університету Поділля. - Хмельницький:ТУП. - 2002. - №3, Т.1. - С. 229 - 232.

2. Клец Ю. П., Савченко Ю. Г., Чешун В. Н. Бессловарный поиск неисправностей – новый подход к диагностированию цифровых устройств // Управляющие системы и машины (УСиМ). – 2001.- №1.- С. 36 - 41.

3. Савченко Ю. Г., Кльоц Ю. П., Савенко О. С., Чешун В. М. Методика та алгоритми діагностування цифрових пристроїв з використанням безсловникових процедур // Вісник Технологічного університету Поділля. - Хмельницький:ТУП.- 2001.- №1, Ч.1. - С. 195 - 198.

4. Кльоц Ю. П., Локазюк В. М., Савченко Ю. Г. Моделі несправностей та їх використання в задачах діагностування цифрових пристроїв // Вісник Хмельницького національного університету. - Хмельницький:ХНУ. - 2005. - №4, Ч.1, Т.2. - С. 152 - 155.

5. Кльоц Ю.П. Програмна реалізація методу безсловникового пошуку несправностей цифрових пристроїв та систем // Вісник Хмельницького національного університету. – Хмельницький: ХНУ. - 2006. - №.6 (87). – С.72 - 77.

6. Кльоц Ю. П. Оцінка трудомісткості безсловникового методу діагностування цифрових та мікропроцесорних пристроїв // Вісник Технологічного університету Поділля. - Хмельницький:ТУП. - 2003. - №3, Т.2. - С. 91 - 93.

7. Кльоц Ю. П. Система комбінованого діагностування з використанням безсловникового методу пошуку несправностей цифрових пристроїв // Вісник Технологічного університету Поділля. - Хмельницький:ХДУ. - 2004. - №2, Ч.1, Т.2. - С. 132 - 135.

8. Кльоц Ю. П., Чешун В. М., Савченко Ю. Г. Аналіз переваг використання безсловникових процедур діагностування цифрових пристроїв // Вісник Технологічного університету Поділля. - Хмельницький:ТУП. - 2000. - №6. - С. 160 - 162.

9. Кльоц Ю. П., Вовнянко С. О. Перспективи використання безсловникових процедур при діагностуванні мікропроцесорних пристроїв // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: Збірник наукових праць. – Хмельницький: ТУП. – 2002. – №9, Т.2 – С. 172 - 174.

10. Клец Ю. П., Савченко Ю. Г., Чешун В. Н. Диагностирование дискретных систем с использованием бессловарных процедур // Автоматизация проектирования дискретных систем. Материалы четвертой международной конференции. - Минск:Институт технической кибернетики НАН Беларуси. - 2001.- Т.3.- С. 104 - 107.

11. Кльоц Ю. П., Чешун В. М., Чорненький В. І. Блок керування поданням тест-векторів з урахуванням оперативного стану об’єкта діагностування // Збірник наукових праць за матеріалами наукової конференції молодих вчених і студентів. - Київ: ДАЛПУ. - 1998. - C. 19 - 21.

12. Кльоц Ю. П., Савенко О. С., Савченко Ю. Г., Чешун В. М. Методика діагностування цифрових пристроїв з використанням безсловникових процедур // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: Збірник наукових праць за результатами конференції. - Хмельницький.- 2001. - №8. - С. 68 - 71.

13. Кльоц Ю. П., Савченко Ю. Г., Чешун В. М. Безсловникові процедури пошуку несправностей в цифрових пристроях // Тези доповідей наукової конференції молодих вчених і студентів. - Київ: КДУТД. - 2000. - C. 95.

14. Кльоц Ю. П. Аналіз та особливості використання безсловникових процедур при діагностуванні цифрових пристроїв // Наука і молодь: Матеріали міжнародної наукової конференції. – К.: НАУ. - 2002. – С. 75 - 76.

15. Савченко Ю. Г., Кльоц Ю. П., Савенко О. С. Особливості використання безсловникових процедур при діагностуванні цифрових пристроїв // Матеріали шостої міжнар. наук.-техн. конф. “Контроль і управління в складних системах (КУСС – 2001). – Вінниця: ВДТУ. – 2001. - №4. - С. 236.

16. Кльоц Ю. П., Савченко Ю. Г., Чешун В. М. Безсловникові процедури – перспективний підхід до діагностування цифрових пристроїв // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: Збірник наукових праць за результатами конференції. - Хмельницький:ТУП.- 2000. - №7. - С. 170 -173.

АНОТАЦІЇ

Кльоц Ю. П. Методи та засоби безсловникового тестування цифрових систем. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.13 – Обчислювальні машини, системи та мережі. – ДП “Науково-виробнича корпорація "Київський інститут автоматики"”, Київ, 2007.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі – підвищення ефективності тестування цифрових систем. В ході дослідження було виявлено недоліки та складності застосування відомих методів тестування. Запропоновано новий підхід до тестування цифрових пристроїв та систем, що дозволяє відмовитись від попереднього складання словників несправностей. Удосконалено процедури тестування цифрових систем за рахунок врахування ступеня підозрюваності компонентів тестованої системи. Розроблено метод двоетапного безсловникового тестування, що дозволив підвищити ефективність тестування цифрових систем за рахунок відмови від попередньої побудови словників несправностей.

Як приклад реалізації запропонованих методів розроблене програмне забезпечення, що дозволяє здійснювати безсловникове тестування цифрових систем. Використання даного програмного забезпечення підвищує ефективність у два та більше разів.

Ключові слова: тестування, технічна діагностика, ступінь підозри, безсловникове тестування, об’єкт діагностування, двоетапний метод, словник несправностей, програмний лічильник.

Клёц Ю. П. Методы и средства бессловарного тестирования цифровых систем. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.13 – Вычислительные машины, системы и сети. Государственное предприятие “Научно-производственная корпорация "Киевский институт автоматики"”, Киев, 2007.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической задачи – повышению эффективности тестирования цифровых систем.

В ходе исследования проведен анализ существующих методов тестирования цифровых систем. Выявлен ряд недостатков, которые значительно усложняют, а при некоторых условиях делают невозможным проведение тестирования.

Основным недостатком, приводящим к значительному усложнению процесса тестирования, является составление словарей неисправностей на этапе генерации тестовой последовательности. Создание полных словарей неисправностей даже для устройств среднего уровня сложности является технически невозможной задачей. Существующие методы построения неполных словарей неисправностей ограничиваются определенным набором неисправностей, как правило, константные и логические. Значительное увеличение доли динамических неисправностей снижает эффективность этих методов. Для решения задачи повышения эффективности тестирования цифровых систем предложен новый поход, суть которого заключается в отсутствии необходимости моделирования всех известных типов неисправностей устройства или системы, что в свою очередь позволяет избавиться от предварительного составления словарей неисправностей.

В рамках предложенного похода усовершенствованы процедуры тестирования цифровых систем за счет учета степени подозрения каждого компонента тестируемой системы. Степень подозрения учитывается путем формирования списка подозреваемых в неисправности компонентов на основе несовпадения ответных реакций тестируемой системы с результатами моделирования неисправностей на имитационной модели системы. Для выключения компонентов из списка подозреваемых используется процентный анализ, что позволяет сократить дальнейшее тестирование системы.

На основе усовершенствованных процедур тестирования разработан метод двуэтапного бессловарного тестирования цифровых систем.

Первый этап подобен забрасыванию сетки с очень мелкими ячейками.

На первом этапе при помощи программных счетчиков на модели системы выявляются подозреваемые в неисправности компоненты.

Проверка зависимости функций выхода системы от выходов компонента в пределах подачи одного тестового вектора осуществляется путем введения в имитационную модель системы фиктивных управляемых инверторов на каждом из выходов компонентов. Если выходы модели системы изменяются при переключении фиктивных инверторов на выходах компонента, то такой компонент считается подозреваемым. В этих условиях инвертор является моделью любой неисправности, потому как неисправность проявляется в получении логической единицы вместо логического нуля и наоборот. А это и есть функция инвертора.

Второй этап заключается в “реабилитации” компонентов, при этом проводится последовательное выключение компонентов из списка подозреваемых. Это исключение проводится путем последовательного введения неисправностей