Диагностика параллельных магистралей и памяти бортовых ЦВМ

• Автор: Выборнов, Петр Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 195 с. : ил. + Прил. (61 с.)

Содержание
Введение и постановка задачи
1. Диагностика магистралей
1.1 Объект диагностики
1.2 Сигналы и классы неисправностей
1.3 Электрические и логические эффекты замыканий цифровых сигналов
1.4 Модели неисправностей
1.5 Методика разбиений и детектирующая последовательность
1.6 Синтез проверок алгоритма диагноза
2. Обнаружение дефектов памяти
2.1 Модели дефектов БИАМ и маршевые тесты
2.2 Кодочувствительные неисправности и методы их обнаружения
2.3 Метод чётности позиций
3. Комплекс диагностики магистралей и памяти вычислительных модулей
3.1 Диагностическая ЦВМ
3.2 Программное обеспечение
Заключение
Список использованных источников
Книга приложений
Приложение 1. Магистральный тест
Приложение 2. Тест оперативной памяти
Приложение 3. Применение тестов и комплекса диагностики

Введение и постановка задачи
Начиная с середины 70-ых годов важной тенденцией в создании навигационно-пилотажных комплексов летательных аппаратов (НПК) было постоянно расширяющееся использование средств микропроцессорной техники. Ныне подавляющая часть функций преобразования информации в НПК реализуется с помощью бортовых цифровых вычислительных машин (БЦВМ), специализированных и общего назначения, различного конструктивного исполнения. В частности, в инерциальных системах управления тактических ракет (ИСУ) на БЦВМ возлагается решение задач навигации, траекторного управления, стабилизации и наведения. Информационные связи между удалёнными подсистемами НПК и структурными блоками бортовых вычислительных систем строятся на основе цифровых последовательных каналов передачи данных.
Важнейшими структурными блоками БЦВМ являются вычислительные модули - устройства для преобразования входных данных в выходные в соответствии с алгоритмом, определяемым хранимой в памяти программой. В аспекте аппаратных средств под вычислительным модулем понимается любое устройство, содержащее вычислительное ядро - микропроцессор, память и связывающий их внутренний интерфейс. Внутренний интерфейс представляет собой доработанную до системно-специфичных требований магистраль микропроцессора, относящуюся к классу демультиплексированных
параллельных магистралей (ДПМ) с синхронным обменом данными [63]. Объектом исследования в данной работе является подсистема ядра, состоящая из ДПМ, асинхронной статической оперативной памяти произвольного доступа (811АМ) и какого-либо типа постоянной (энергонезависимой) памяти с параллельным доступом (КОМ). Функциональное назначение устройства в рассматриваемом контексте значения не имеет.
Эффективная диагностика технического состояния вычислительных средств стала одной из важнейших составляющих обеспечения безотказности систем НПК и надёжности летательных аппаратов в целом. Несмотря на существенный прогресс, достигнутый в диагностике бортового оборудования, в том числе и его вычислительных устройств, в отношении узловой во многих смыслах части самих цифровых модулей - вычислительного ядра - уровень автоматизации поиска неисправностей остаётся невысоким. Хотя ряд важных, не потерявших актуальности до настоящего времени положений был высказан ещё на этапе зарождения диагностики вычислительных машин [1] и реализован на практике применительно к существовавшей тогда элементной базе, их использование для тестирования современных микропроцессорных систем оказалось

ограниченным. Во-первых, на рубеже 80-ых и 90-ых гг. мейнстрим технической диагностики цифровых устройств разделяется два самостоятельных направления: тестовая и функциональная диагностика СБИС и проверка межкомпонентных соединений. В результате практически отсутствуют работы, где вычислительное ядро рассматривалось бы как целостный объект программной диагностики при детальной разработанности вопроса для его компонентов (микропроцессоров, памяти и логических схем) по отдельности. Во-вторых, ракетные и в значительной части авиационные БЦВМ характеризуются определённой спецификой применяемых электронных компонентов, которая исключает применение большого арсенала методов, разработанных для цифровых устройств на основе BSA- и BIST-компонентов. Вместе с тем технология мелкосерийного и опытного производства делает неизбежным появление значительного числа монтажных дефектов.
Проверки, которые производились после изготовления вычислительных модулей БЦВМ и в ходе их испытаний, показали, что 70-90% всех неисправностей приходится на вычислительное ядро. Эти неисправности подразделяются на три группы: 1) дефекты демультиплексированной
параллельной магистрали (ДПМ), или, что то же самое, неисправности связей между процессором и внешней памятью; 2) дефекты кристаллов внешней памяти; 3) дефекты, относящиеся к работе микропроцессора (МП) (табл. 1).
Таблица 1. Неисправности вычислительного ядра в выборке из 1380 модулей разных типов.
Группа Дефекты Кол-во в % от всех дефектов выч
1. Неисправности магистрали замыкания магистральных сигналов
обрывы магистральных сигналов
дефекты элементов управляющей логики
повышенное сопротивление сигнальных линий
2. Дефекты кристаллов памяти статической оперативной (SRAM)
постоянной (Flash ROM, EEPROM)
3 .Неисправности, относящиеся к работе микропроцессора обрывы питания процессора, дефекты входных блокирующих сигналов и внешнего резонатора в схеме генерации тактовой частоты
дефекты микропроцессоров 1 «1
Как видно из табл.1, кристалльные дефекты запоминающих устройств (ЗУ) по числу намного уступают магистральным дефектам (10-15% против 85-90%), но на них приходятся практически 100% неисправностей СБИС: микропроцессоры оказываются едва ли не самым надёжным компонентом схемы. Высокая плотность расположения структурных элементов ЗУ на кристалле приводят к увеличенной (по сравнению с МП и ПЛИС) вероятности возникновения неисправностей. Встречаемость неисправностей оперативной

чтение либо вообще обращение к микросхеме) невозможно обнаружить никакой дефект, связанный с шинами А и Б, кристаллом 8КЛМ, а также 8\Т-С8. Для выбора последовательности проверок, обнаруживающих любые неисправности при наличии произвольных их сочетаний, нами предложен принцип разбиения на ранжированные подмножества и маскирования дефектов подчинённых рангов.
Принцип состоит в следующем: всё множество в магистральных дефектов группируется в непересекающиеся ранжированные подмножества Р, (I - ранг подмножества) таким образом, чтобы любой одиночный дефект подмножества текущего ранга можно было обнаружить при отсутствии дефектов старших рангов и независимо от наличия или отсутствия любых дефектов из подмножеств подчинённых рангов. Самым старшим рангом является первый, для него все остальные подмножества, имеющие ранг Р>1, являются подчинёнными. Критерием включения простого дефекта 8; в подмножество старшего ранга Р, из исходного Р ранг которого принимается равным 1+1, является возможность физически осуществить и однозначно интерпретировать такую элементарную проверку, которая при наличии любых дефектов ранга 1+1 даст результат 1С (ответ исправного объекта) при отсутствии 8; и ГС+ГС - при его наличии.
Таким образом, сначала берется исходное множество Р’=8,1=1 и выделяется Гь затем 1=2, Р’=8-Рь и уже из нового Р’ выделяется группа дефектов Р2 и так далее вплоть до последнего класса или вида дефектов. В результате применения этой процедуры исходное множество разбивается на V подмножеств р! (1=1,2
Основная тестовая последовательность состоит из детектирующих проверок для каждого подмножества Р(; в неё не включаются части этапов, выполняющих окончательное разделение и определение дефектов внутри подмножества. Иными словами, это путь по графу алгоритма диагноза от состояния «полностью неопределённо» до «исправно». Выбор входных векторов А и Бр как для детектирования Р,, так и для определения всех простых дефектов 81еР( является основной задачей, решаемой при построении каждого этапа, или фазы теста. В соответствии с принятым принципом ранжированных разбиений выбираются такие вектора, которые при наличии любых неисправностей Р’ из возможных на данной фазе теста позволят выделить дефекты относящиеся к подмножеству Рь или сделать заключение об