Системи проектування та налагодження МПС (Лекція), ЛЕКЦІЇ З МПС

1. Проблеми та особливості налагодження МПС

1.1. Особливості налагодження МПС на різних етапах її існування

2. Статичні відладчики

3. Логічні аналізатори

4. Сигнатурні аналізатори

4.1. Ідея сигнатурного аналізу

4.2. Обладнання сигнатурного аналізу та вимоги до схеми, що перевіряється.

5. Системи проектування МПС

5.1. Внутрішньосхемні емулятори

1. Проблеми та особливості налагодження МПС

Пошук несправностей в апаратурі МПС значно складніший, ніж у апаратурі, реалізованої на дискретних елементах, ІВ чи СИС. Зазначимо основні особливості налагодження МПС.

Висока складність ВІС. Так, навіть відносно нескладний МП i8080 містить близько 200 елементів пам'яті і, отже, близько 2200 внутрішніх станів. Для простого перебору цих станів із частотою 1 МГц потрібно 10 46 років. Отже, повний контроль МП ВІС неможливий. У процесі експлуатації можуть виявитися деякі несправності, не виявлені виробниками (а іноді й розробниками) ВІС. Ці несправності проявляються, як правило, досить рідко та обумовлені взаємним впливом окремих елементів ВІС. Вони можуть призводити до рідкісних та нерегулярних збоїв.
Мало контрольних точок схем. Більшість вузлів структури БІС фізично недоступні для безпосереднього контролю та впливу. Доступ до внутрішніх елементів ВІС можливий лише програмними засобами, причому для доступу до потрібної точки схеми необхідно часто подавати досить складну послідовність сигналів та синхронно аналізувати довгу послідовність станів у точках, доступних для контролю.
Нероздільність апаратури та програмного забезпечення.Апаратура та ПЗ МПС представляють єдиний комплекс, причому часто важко провести між ними чіткий кордон. Наприклад, контролери з мікропрограмним керуванням програми користувача можуть бути занурені на мікропрограмний рівень.
Складність та нероздільність апаратних засобів БІС. МПС практично неможливо розділити на функціональні блоки незалежної перевірки працездатності цих блоків. Одна БІС містить, зазвичай, кілька функціональних блоків (АЛБ, управління, інтерфейс та інших.). З іншого боку, деякі функціональні блоки (найчастіше - пристрій мікропрограмного управління, підсистема переривань) розподілені по кількох БІС, які, крім того, виконують інші функції. Тому генерація необхідних тестових впливів такі блоки здійснюється іншими блоками схеми під впливом програмного управління, що утрудняє локалізацію несправностей.
Висока швидкодія МПС. Тактова частота сучасних МПС становить 106. . 108 Гц, що пред'являє серйозні вимоги до швидкодії контрольної апаратури.
Шинна організація МПСпередбачає, що у загальну шину може працювати кілька джерел, підключених до неї через буферні схеми. Це призводить до труднощів щодо джерела помилки на шині.

Зазначені вище особливості МПС ускладнюють пошук несправностей у ній. Однак, можна виділити особливості МПС, що дозволяють спростити процедуру тестування, особливо на етапі експлуатації.

Стандартна форма сигналів. Здебільшого, а іноді й у всій МПС діють стандартні цифрові сигнали, які потрібно ідентифікувати лише належність до "0" чи "1". Вдаватися до вимірювань аналогових величин – тривалостей фронтів, амплітуд тощо.доводиться лише за налагодженні аналогових елементів схеми.

1.1. Особливості налагодження МПС на різних етапах її існування

Істотно відрізняються за складністю пошуку та характером несправностей процедури налагодження МПС на різних етапах її існування. Можна виділити три типи процедур налагодження МПС:

налагодження дослідного зразка (макета);
налагодження у процесі серійного виробництва;
налагодження у процесі експлуатації.

У процесі налагодження дослідного зразка виявляються та усуваються такі типи помилок:

помилки розробника (зокрема помилки документації);
помилки з'єднань (дефекти друкованих плат, помилки монтажу);
помилки програмного (мікропрограмного) забезпечення, зокрема помилки тестових процедур. Відсутність налагоджених безпосередньо на цій МПС тестових процедур створює невизначеність під час пошуку джерела помилок програма чи апаратура? Налагодження дослідного зразка ведеться за допомогою складної, різноманітної та дорогої апаратури (що запам'ятовують багатопроменеві високочастотні осцилографи, логічні аналізатори, комплекси розвитку та ін) персоналом високої кваліфікації - найчастіше самими розробниками.

На етапіналагодження серійного виробупередбачається, що помилки розробника (в апаратурі та програмах) усунуті. Виробничий контроль здійснюється шляхом функціональних випробувань МПС-плат на потужних установках промислового контролю, забезпечених добре розробленою системою тестів. Реакція плати, що перевіряється, порівнюється з еталоном (фізичним, що обчислюється або зберігається в пам'яті). За результатами порівнянь видається повідомлення "Годен" - "Не придатний"; локалізація несправностей здійснюється лише рівня ТЕЗа чи проводиться зовсім. Для здійснення такогоконтролю можна залучати персонал невисокої кваліфікації. Несправні вироби повертаються на ділянки, де їх налагодження проводиться на спеціалізованих стендах кваліфікованими регулювальниками.

Пошук несправностей у МПСна етапі експлуатаціїздійснюється в основному засобами самодіагностики або спеціальною, але досить простою апаратурою (наприклад, сигнатурними аналізаторами).

2. Статичні відладчики

Мал. 1 . Пристрій тестування статичними сигналами

Такий метод перевірки не потребує складного контрольного обладнання. Зазначимо, що пристрій тестування статичними сигналами (УТСС) може здійснювати управління системою так само, як і мікропроцесор - з іншими тимчасовими характеристиками. Засобами УТСС можна навіть виконати невелику програму, інтерпретувати коди команд повинен оператор.

Однак УТСС не дозволяє налагодити систему в режимі реального часу, оцінити тимчасові характеристики та співвідношення сигналів. Для цього служать інші, значно складніші прилади.

3. Логічні аналізатори

Відзначені у п. 10.1 особливості та складності налагодження МПС викликали появу принципово нових приладів для налагодження. Крім традиційних генераторів сигналів (генераторів послідовностей), осцилографів, вольтметрів, частотомірів та ін. з'явилися логічні та сигнатурні аналізатори, комплекси розвитку та інші складні цифрові налагоджувальні прилади та комплекси.

Налагодження апаратури МПС починається з перевірки працездатності джерел живлення та схем синхронізації. Така перевірка може здійснюватися традиційними приладами – вольтметром, частотоміром, осцилографом. Далі, переконавшись у нормальній роботі цих пристроїв, переходять до аналізупослідовностей логічних сигналів у різних точках схеми. При налагодженні МПС, як правило, потрібно аналізувати логічні рівні одночасно в багатьох точках схеми, причому необхідно фіксувати досить довгі послідовності значень у кожній точці, що аналізується. Прилади, призначені для:

Ø реєстрації послідовностейлогічних сигналіводночасно і синхронно в багатьох точках схеми та протягом значного часового інтервалу;

Ø реєстрації послідовності станів у зв'язку з рідкісними (одноразовими) подіями – за умовою;

Ø реєстрації станів контрольних точок у певному інтервалі часу, що передує обраному оператором події;

Ø відображення зафіксованих результатів у зручній для оператора формі (тимчасові діаграми з масштабуванням у часі, таблиці, графи переходів та ін.) –

називаються логічними аналізаторами (Рис. 0. 2).

Основою будь-якого логічного аналізатора (ЛА) є пристрій, що запам'ятовує, що фіксує поточний потік двійкових послідовностей.

Крім пам'яті обсягом N n-розрядних слів, до складу ЛА входить пристрій синхронізації, що керує моментами фіксації станів у ОЗП та пристрій відображення.

Логічний аналізатор може працювати у одному з трьох основних режимів: налаштування, реєстрація, індикація.

У режимі налаштування оператор згідно з планом вимірювань підключає входи приладу до вибраних точок схеми, встановлює поріг спрацьовування вхідних компараторів відповідно до рівня логічних сигналів контрольованих елементів, задає режим реєстрації (кваліфікатори тактів та умови запуску – див. нижче).

У режимі індикації припиняється реєстрація станів схеми та поточний вміст ОЗП індикується у зручнійдля оператора у формі.

Мал. 2 . Структура логічного аналізатора

Основні блоки ЛА.

Вхідні компаратори-підсилювачі забезпечують розв'язку досліджуваних точок схеми та вимірювальних ланцюгів та налаштування ЛА на логічні рівні схеми, що перевіряється.

ОЗП забезпечує фіксацію векторів станів схеми з необхідною частотою.

Важливим блоком ЛА, що суттєво впливає на його функціональні можливості, є формувач тактів. Такти записи в ОЗУ (фіксації) можуть вироблятися самим ЛА або надходити від схеми, що перевіряється (відповідно асинхронна і синхронна реєстрація).

Вибір частоти реєстрації залежить, з одного боку, від випробування схеми, з іншого боку - від обсягу ОЗУ.

Для того, щоб дослідити тимчасові співвідношення між фронтами логічних сигналів частота реєстрації, як мінімум, повинна перевищувати тактову частоту досліджуваної схеми. При асинхронної реєстрації похибка визначення положення фронту імпульсу дорівнює періоду реєстрації, тому при низьких частотах реєстрації часові співвідношення між зареєстрованими сигналами може суттєво відрізнятися від реальності. Рис. 0 . 3 ілюструється ця обставина. На ньому показані реальні сигнали A, B та їх образи A1, B1, A2, B2 за різних частот реєстрації - f1 і f2 відповідно.