Обучающая система методам компактної діагностики.
Введення.
Неухильне зростання складності приладів обумовлює підвищений інтерес до питань
діагностування їх технічного стану. Одним з різновидів методів
технічного діагностування апаратури є тестова діагностика,
що дозволяє на етапі проектування і виготовлення вирішувати основні завдання:
визначати правильність функціонування, здійснювати пошук несправностей і
визначати тип несправності. Для реалізації цих задач потрібно інтенсифікація
підготовки фахівців з обчислювальної техніки і технічної діагностики,
володіють методикою дослідження та проектування складних цифрових систем з
використанням сучасних методів технічної діагностики.
Основним завданням дипломної роботи є розробка автоматизованої системи
навчання діагностики складних цифрових схем, що дозволяє детально знайомити
студентів з практичними можливостями використання сучасних методів
компактного тестування.
Вона повинна являти собою програму, яка включає в себе:
Модуль, що реалізує графічний інтерфейс. Обмін графічною інформацією між
користувачем і ЕОМ повинно здійснюватися у формі діалогу;
модуль, що реалізує логічне моделювання цифрових схем;
модуль, що моделює роботу генераторів тестових послідовностей;
блок, що моделює процес діагностики. У нього входить: блок моделюючий
роботу багатоканального сигнатурного аналізатора, блок відображення та обробки
отриманих даних, блок пошуку несправностей;
блок, що реалізує алгоритм визначення оцінки ефективності
діагностики при використанні компактних методів діагностики.
Глава1.
Огляд методів компактного тестування і типи несправностей цифрових схем.
1.1 Класифікація методів стиснення вихідних реакцій схем.
Класична стратегія тестування цифрових схем заснована на формуванні
тестових послідовностей, що дозволяють виявляти задані безлічі їх
несправностей. При цьому для проведення процедури тестування, як правило,
зберігаються як самі послідовності, так і еталонні вихідні реакції схем на
їх вплив. У процесі самої процедури тестування на підставі порівняння
вихідних реакцій з еталонними приймається рішення про стан перевіряється схеми.
Для ряду випускаються в даний час схем класичний підхід вимагає
часових витрат як на формування тестових послідовностей, так і на
процедуру тестування. Крім того на проведення тестового експерименту
потрібна наявність складного обладнання. У зв'язку з цим вартість і час,
необхідні для реалізації класичного підходу, ростуть швидше, ніж складність
цифрових схем, для яких він використовується. Тому нові рішення, що дозволяють
значно спростити процедуру як побудови генераторів тестових
послідовностей, так і проведення тестового експерименту.
Для реалізації генератора тестової послідовності використовуються алгоритми,
дозволяють уникнути складності їх синтезу:
Формування різноманітних тестових наборів, тобто повного перебору двійкових
комбінацій. У результаті генерується так звана счетчіковая
послідовність.
Формування випадкових тестових наборів з необхідними ймовірності появи
одиничного і нульового символів по кожному входу цифрової схеми.
Формування псевдовипадковою тестової послідовності.
Основною властивістю розглянутих алгоритмів формування тестових
послідовностей є те, що в результаті їх застосування відтворюються
послідовності дуже великої довжини. Тому на виходах перевіряється цифровий
схеми формуються її реакції, що мають таку ж довжину. Природно виникає
проблема їх запам'ятовування, зберігання і витрата на обробку цих
послідовностей. Найпростішим рішенням, що дозволяє значно скоротити
об'єм інформації про еталонних вихідних реакціях є отримання
інтегральних оцінок, що мають меншу розмірність. Для цього використовуються
алгоритми стиснення інформації.
В результаті їх застосування формуються компактні оцінки стисливою інформації.
Розглянемо алгоритми стиснення даних для випадку бінарної послідовності
(y (k)), що складається з l послідовно формуються двійкових змінних.
Псевдовипадкове тестування.
Найбільш часто при формуванні псевдовипадкових послідовностей використовуються
два методи. Перший з них лежить в основі більшості програмних датчиків
псевдовипадкових чисел, використовує рекурентні співвідношення. Цей метод має
рядом недоліків, зокрема, малою періодичністю. Стосовно до проблеми
тестування цифрових схем періодичність може помітно знизити повноту контролю.
Крім того, він відрізняється складністю практичної реалізації. Тому найбільш
широко застосовується другий метод, заснований на використанні співвідношення
К - номер такту; - символи послідовності;
- Постійні коефіцієнти; - операція підсумовування за модулем два m логічних
змінних. При відповідному виборі коефіцієнтів на підставі
характеристичного полінома
,
який повинен бути примітивним, послідовність має максимальну довжину,
рівну 2м-1. Така послідовність називається М-послідовністю.
Використання таких послідовностей припускає застосування сигнатурного
аналізу як методу стиснення реакцій цифрової схеми.
Типова структурна схема сигнатурного аналізатора состоітіз регістра зсуву і
суматора за модулем два, на входи якого підключені виходи розрядів регістра в
Відповідно до породжує поліномом (рис.1.1).
Керуючими сигналами сигнатурного аналізатора є СТАРТ, СТОП і ЗСУВ.
Сигнали СТАРТ і СТОП формують часовий інтервал, протягом якого
здійснюється процедура стиснення інформації на аналізаторі. Під дією сигналу
СТАРТ елементи пам'яті регістра зсуву встановлюються в початковий стан, як
правило нульове, а сам регістр зсуву починає виконувати функцію зсуву на один
розряд в право під дією синхронізуючих імпульсів ЗСУВ. По приходу
кожного синхронізуючого імпульсу в перший розряд регістра зсуву записується
інформація, яка стосується висловом:

де y (K) (0,1)-к-й символ стисливою послідовності (y (K)), К =; -
коефіцієнти породжує полінома; - вміст i-того елемента пам'яті регістра
зсуву 1 в (к-1) такт. Процедура зсуву інформації в регістрі описується
співвідношенням

Таким чином, повне математичний опис функціонування сигнатурного
аналізатора має такий вигляд:
АI (0) = 0, i =, a1 (k) = y (k) (1.3)
 k =,
l причому, як правило, приймається рівним або менше величини (2м-1), і
відповідно є довжиною стисливою послідовності.
Після закінчення l тактів функціонування сигнатурного аналізатора на його елементах
пам'яті фіксується двійковий код, який являє собою сигнатуру,
відображену у вигляді 16-ричного коду.
Синдромних тестування.
Синдромом (контрольною сумою) якоїсь булевої функції n змінних є
співвідношення
S = R5/2n,
Де R5 дорівнює кількості одиничних значень функції згідно з таблицею істинності для
l = 2n. Визначення поняття синдрому однозначно передбачає використання
генератора счетчікових послідовностей для формування всіляких
двійкових комбінацій з n вхідних змінних при тестуванні схеми, що реалізує
задану функцію. Подальшим розвитком синдромних тестування є
спектральний метод оцінки вихідних реакцій цифрових схем і кореляційний метод.
Типи несправностей цифрових схем.
Проблема тестового діагностування цифрових схем виникає на різних етапах
їх виробництва та експлуатації і включає взаємопов'язані завдання. Перша з них
полягає у визначенні, в якому стані знаходиться досліджувана схема.
Основним станом цифрової схеми є справний - такий стан схеми,
при якому вона задовольняє всім вимогам технічної документації. В
Інакше схема знаходиться в одному з несправних станів.
Якщо встановлено, що схема несправна, то вирішується друге завдання:
здійснюється пошук несправної схеми, мета якого-визначення місця і виду
несправності.
Несправності ЦС з'являються в результаті застосування несправних компонентів,
таких, як логічні елементи, що реалізують найпростіші логічні функції,
елементи пам'яті та ін крім того, причиною несправностей можуть бути
виникнення розривів або коротких замикань в межкомпонентних з'єднаннях,
порушення умов експлуатації схеми, наявність помилок при проектуванні і
виробництві та ряд інших факторів.
З безлічі різних видів несправностей виділяється клас логічних
несправностей, які змінюють функції елементів ЦС вказаний тип
несправностей займає домінуюче місце серед несправностей ЦС. Для їх
опису в більшості випадків використовують такі математичні моделі:
Константні несправності;
Несправності типу "Коротке замикання";
Інверсні несправності;
Найбільш загальною і часто застосовується моделлю логічних несправностей є
константні несправності: константних нуль і константних одиниця, що означає
наявність постійного рівня логічного нуля або логічної одиниці на одному з
полюсів логічного елемента. Така модель несправностей часто називається
класичної і широко використовується для опису інших типів несправностей.
Несправності типу "Коротке замикання" з'являються при короткому замиканні входів
і виходів логічних елементів.
Інверсні несправності описують фізичні дефекти ЦС, що приводять до появи
фіктивного інвертора по входу або з виходу логічного елемента. Інверсні
несправності в сукупності з константними, у ряді випадків використовуються для
побудови повної моделі несправної цифрової схеми.
1.3 Генератори тестових послідовностей.
Класична стратегія тестування цифрових схем заснована на
формуванні тестових послідовностей, що дозволяють виявляти задані
безлічі їх несправностей. Для реалізації генератора тестової
послідовності бажано використовувати найпростіші методи, що дозволяють
уникнути складної процедури їх синтезу. До них відносяться наступні алгоритми:
формування різноманітних тестових наборів, тобто повного перебору двійкових
комбінацій. В результаті застосування такого алгоритму генеруються
счетчіковие послідовності;
формування псевдовипадкових тестових послідовностей;
формування випадкових тестових наборів, з необхідними ймовірностями одиничного
і нульового символів по кожному входу цифрової схеми.
Основною властивістю перерахованих вище алгоритмів є те, що в результаті їх
застосування відтворюються послідовності дуже великої довжини.
Для процесу навчання були обрані дві перші алгоритму побудови генераторів
тестових послідовностей. І розроблені два модулі для емуляції роботи
генераторів:
модуль емуляція генератора счетчіковой послідовності;
модуль емуляції роботи багатоканального генератора М-послідовності,
що дозволяє генерувати псевдовипадкову послідовність і порівняно
просто регулювати її максимальну довжину і кількість каналів в залежності від
числа входів цифрової схеми.
Генератор М-послідовності.
У апаратурних псевдовипадкових датчиках і вузлах ЕОМ при генеруванні ПСЧП з
рівномірним розподілом найбільш часто використовується метод, який
полягає в отриманні лінійної двійковій послідовності по рекурентного
висловом:

де i - номер такту; символи вихідний послідовності; постійні
коефіцієнти. При відповідному виборі коефіцієнтів (AК) генерується
числова послідовність має максимальну (для даного m) величину періоду
і називається М-послідовністю. Одним з головних переваг методу
генерування ПС - послідовностей максимальної довжини є простота його
реалізації.
Генератор М-послідовності може бути побудований двома методами, що відрізняються
способом включення суматори за модулем два: вони можуть включатися як в ланцюг
зворотного зв'язку генератора, так і в меж розрядні зв'язку елементів пам'яті
регістрів зсуву.
Структурна схема генератора М - послідовності, побудованого за способом
включення суматори в ланцюг зворотного зв'язку представлена на рис.1.1
Генератор М-послідовності з суматора за модулем два, які стоять в ланцюзі
зворотного зв'язку: АI, ai-1, ai-2, ... ai-m - символи послідовності; ai -
коефіцієнти, які визначають вигляд зворотного зв'язку.
Алгоритм розмноження М-послідовності.
Для того, щоб забезпечити різні режими випробувань, генератори випробовуваних
сигналів повинні задовольняти ряду вимог (багатоканальність, швидкодія,
достатня довжина періоду і т.д.). В основі найбільш перспективного методу
побудови швидкодіючого паралельного генератора псевдовипадкових
послідовностей випробувальних сигналів лежить ідея використання (в якості
незалежних послідовностей для формування розрядів чергового коду)
ділянок одній і тій же послідовності. У даному випадку генерування
різних ділянок здійснюється за допомогою h-входові суматори за модулем два,
тобто h