ДІАГНОСТУВАННЯ МІКРОПРОЦЕСОРНИХ СИСТЕМ
7.1. Схеми організації тестового діагностування
Мікропроцесорна система як об'єкт діагностики являє собою складну обчислювальну структуру з шинної організацією (рис. 7.1).
Рис.7.1. Структурна схема мікропроцесорної системи
Вона складається з чотирьох основних груп БІС - мікропроцесора, пам'яті, контролерів вводу-виводу і контролерів зв'язку з об'єктами. Кожна з цих функціональних підсистем в свою чергу є досить складною з точки зору діагностування. Тому при організації тестового та функціонального діагностування мікропроцесорних систем використовується декомпозиційний підхід, при якому в якості об'єкта діагностування виступають окремі функціональні пристрої: АЛУ, процесор, ОЗУ, пристрої введення-виведення УВВ, окремі ТЕЗи і корпусу СІС і БІС.
Труднощі, що виникають при діагностуванні мікропроцесорних систем, визначаються високим ступенем інтеграції БІС (великим числом логічних елементів і обмеженим числом зовнішніх контактів), розгалуженими зв'язками між елементами системи. Крім того, розробник апаратури дуже часто не має повної інформації про внутрішню структуру БІС і змушений розглядати її як «чорний» ящик.
З цих причин добре розвинені загальні методи побудови тестів цифрових схем, описані в розділі 4, не завжди можуть бути ефективно використані. Для тестування мікропроцесорів розробляються і спеціальні методи, засновані на застосуванні функціональних тестів. Ці тести забезпечують виконання операцій мікропроцесора на деякій множині операндів.
Існують три основні підходи до побудови тестів мікропроцесорів і мікропроцесорних систем: модульний, мікропрограмний і функціональний. При модульному підході БІС представляється як набір функціонально закінчених модулів. Це регістри, лічильники, суматори, арифметично-логічні пристрої, мультиплексори і ін. Для кожного модуля будується приватний тест. Загальний тест будується шляхом об'єднання приватних тестів на основі шинної організації передачі даних між модулями.
Мікропрограмний підхід вирішує завдання наступним чином. Вибирається деяка мікропрограма, що складається з пов'язаних микроопераций і здійснює передачу даних від зовнішніх входів до зовнішніх виходів пристрою. Визначається частина апаратури, що бере участь в реалізації цієї прошивки. Підбираються операнди, які виявляють несправності цієї частини апаратури при виконанні кожної мікрооперації. Вирішується задача оптимального вибору безлічі мікропрограм, що покриває всі апаратні засоби системи.
Функціональний підхід заснований на тестуванні функцій мікропроцесорної системи. Список команд мікропроцесора є джерелом інформації про його діяльність. Останні діляться на кілька класів: операції обробки; пересилання; розгалуження; введення-виведення і інші [50]. Тестується кожна функція і та частина апаратури мікропроцесора, яка реалізує цю функцію ( «механізм» по термінології [37]). Виділяють такі основні механізми мікропроцесора:
- механізми управління обробкою даних: дешифрування операцій; дешифрування модифікацій операцій, операндів і результату; активізації операцій і модифікацій;
- механізми зберігання і передачі даних;
- механізми реакції на зовнішні сигнали і введення-виведення даних; переривання, прямого доступу в пам'ять і ін.
Основою побудови моделей механізмів є модель реєстрових передач [50]. Тестові програми будуються для кожного механізму в припущенні, що інші механізми є справними.
На рис. 7.2 наведені основні схеми організації тестового діагностування ВІС.
Рис.7.2. Схеми організації тестового діагностування
Схема програмного тестування (рис. 7.2, а) містить генератор тестів (ГТ). Тести зберігаються в пам'яті (ОЗУ або ПЗУ) і піддаються на вхід об'єкта діагностування (ОД) в спеціально відведені для цього інтервали часу. Вихідна реакція ОД порівнюється з еталонною реакцією, яка також зберігається в пам'яті. Підготовка тестів проводиться попередньо з використанням відомих алгоритмів обчислення тестів або шляхом фізичного або машинного моделювання. При фізичному моделюванні в копію тестованого пристрою вносяться фізичні несправності і перебувають вхідні впливу, які їх виявляють. Для складних пристроїв для цих цілей використовуються машинні моделі. При реалізації програм тестування застосовуються умовні та безумовні алгоритми діагностування. Пошук дефектів здійснюється за допомогою словників або зондів.