Розробка методів і засобів тестування цифрових пристроїв в системах покомпонентного діагностування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вінницький державний технічний університет

УДК 681.518.54

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

РОЗРОБКА МЕТОДІВ І ЗАСОБІВ ТЕСТУВАННЯ ЦИФРОВИХПРИСТРОЇВ В СИСТЕМАХ ПОКОМПОНЕНТНОГОДІАГНОСТУВАННЯ

Арапова Олена Михайлівна

Спеціальність 05.11.16 - інформаційно- вимірювальні системи

Вінниця - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Вінницькому державному технічному університеті Міністерства освіти України на кафедрі автоматики та інформаційно- вимірювальної техніки

Науковий керівник

доктор технічних наук, професор

Квєтний Роман Наумович

Вінницький державний технічний університет,

завідувач кафедри автоматики та інформаційно-вимірювальної техніки

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Романкевич Олексій Михайлович

Національний технічний університет “Київський політехнічний

інститут”, професор кафедри спеціалізованих комп'ютерних систем;

кандидат технічних наук, доцент Кухарчук Василь Васильович,

Вінницький державний технічний університет, доцент кафедри

метрології та промислової автоматики.

Провідна установа:

Харківський державний політехнічний університет, кафедра приладів та методів непошкоджуючого контролю, Міністерства освіти України, м.Харків.

Захист відбудеться “ 1 “ жовтня 1999 р. о 9.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради

Д 05.052.02 Вінницького державного технічного університету за адресою: 286021, м.Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ГУК.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького державного технічного університету.

Автореферат розісланий “ 20 “ серпня 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _____________ Юхимчук С.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Характерною рисою сучасного етапу розвитку цифрових пристроїв (ЦП) є безперервне зростання функціональних можливостей і подальше ускладнення структури елементної бази. Неухильний ріст складності ЦП визначає підвищені вимоги до їх надійності. Досягнення високого рівня надійності забезпечується рядом технологічних, експлуатаційних і організаційних заходів, серед яких виділяються методи технічної діагностики. Сьогодні традиційними методами діагностування є загальний (структурний), покомпонентний (поелементний) і комбінований (змішаний поелементно - структурний). Обмеженість загального методу діагностування, де здійснюється тестування об'єкту в цілому за принципом “придатний - непридатний”, привело до появи нових підходів і створення методу покомпонентного діагностування. Метод покомпонентного діагностування здійснює послідовне проведення тестування кожного компоненту (елементу) при виконанні умов вилучення взаємного впливу елементів. При цьому забезпечується доступ до внутрішніх контрольних точок об'єкту діагностування, захист елементів від пошкодження при тестуванні, показ точного місця дефекту і виду дефекту. Розвиток систем покомпонентного діагностування багато в чому усунув недоліки систем загального діагностування. Однак, існує ряд проблем, які накладають обмеження на процес діагностування і знижують його якість: час тестування значний; складність і трудомісткість підготовки тестових програм велика; для комп'ютерної реалізації моделюючих програм діагностування не вистачає фізичної пам'яті. Швидкість і точність ідентифікації дефектів в системах покомпонентного діагностування багато в чому визначається вибором ефективної стратегії діагностування. Алгоритми покомпонентного діагностування можна поділити на алгоритми, що виділяють поелементну структуру, жорстку та змінну компонентну структуру. Розвиток алгоритмічних засобів для систем даного класу дозволив спростити складну і трудомістку задачу пошуку місця дефекту в об'єкті діагностування до ряду менш складних шляхом декомпозиції об'єкту на багатоелементні фрагменти (компоненти). Для того, щоб правильно оцінити хід процесу діагностування та стан об'єкту, що перевіряється система повинна забезпечити виявлення несправності з заданою точністю і за заданий інтервал часу. Достовірність процесів діагностування визначається головним чином їх стратегіями та алгоритмами, а ефективність алгоритмів пошуку несправностей тим вище, чим менше час пошуку цієї несправності. Доцільність застосування різних стратегій декомпозиції зводиться до оптимального розміщення заданого числа контрольних точок в об'єкті діагностування при обмеженні складності виділених компонентів, глибини пошуку дефектів, часу реалізації алгоритмів діагностування та інше. Можливості апаратно - програмних засобів систем покомпонентного діагностування здійснювати штучні канали передачі тестової інформації роблять перспективним дослідження алгоритмів змінної компонентної структури, що ґрунтуються на декомпозиційному підході (створення штучних фрагментів тільки на час проведення діагностичного експерименту, зручних та раціональних для цієї мети). Оптимальна деструктуризація об'єкту дослідження стосовно можливостей систем покомпонентного діагностування дозволяє мінімізувати реалізаційно- часові витрати, тобто спростити процес тестування, підготовку тестових програм та скоротити загальний час тестування всього пристрою. Це й обумовило актуальність проведених досліджень. Розв'язання поставлених задач : забезпечує оптимальне використання можливостей систем покомпонентного діагностування та дає можливість одержати необхідні показники реалізаційно - часових витрат процесу діагностування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відповідності з тематичним планом проведення НДДКР у Вінницькому державному технічному університеті за рахунок коштів державного бюджету, узгодженим Міністерством освіти України (№ держ.реєстрації 0194U013577).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є вдосконалення і подальший розвиток методу покомпонентного діагностування за рахунок розробки алгоритмічних засобів тестування цифрових об'єктів в системах покомпонентного діагностування за критеріями реалізаційно - часових витрат та якості діагностування. Для досягнення мети необхідно вирішити наступні задачі:

- розробити математичну модель об'єкту діагностування;

- запропонувати формальний апарат побудови компонентних структур (декомпозиція) об'єкту дослідження;

- розробити алгоритми формування компонентних структур в умовах заданих обмежень;

- розробити алгоритми оцінки складності та корекції тестових програм для утвореної компонентної структури;

- розробити метод адаптивного тестування цифрових об'єктів в системах покомпонентного діагностування.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше розроблено математичні моделі і алгоритми змінної компонентної структури об'єкту діагностування за принципом структурної адаптації, які дозволяють здійснювати вибір раціональної стратегії діагностування щодо забезпечення необхідних показників реалізаційно - часових витрат та якості діагностування. Розроблені алгоритми є універсальними тому, що можуть бути застосовані при діагностуванні цифрових пристроїв будь - якого ступеня інтеграції. В роботі отримані наступні наукові результати:

1.Розроблено математичну модель об'єкту діагностування на основі модифікованої мережі Петрі.

2.Запропоновано формальний апарат побудови компонентних структур на основі теоретико - множинного підходу з використанням гіперграфів та одержані нові декомпозиційні стратегії формування компонентних структур.

3. Вперше розроблено алгоритми формування компонентної структури для діагностування цифрових об'єктів в покомпонентних системах, які деструктуризують об'єкт на змінну компонентну структуру за принципом структурної адаптації. Критерієм ефективності є розбиття структури цифрового об'єкту на мінімальну кількість компонентів (фрагментів) при визначеному показнику складності.

4. Розроблено алгоритми оцінки складності і корекції тестових програм для утвореної компонентної структури комбінаційної частини цифрових пристроїв, які є подальшим удосконаленням процесу формування тестових матриць.

5. Розроблено метод адаптивного діагностування цифрових об'єктів для покомпонентних систем, де вперше застосовується стратегія, яка грунтується на можливості покомпонентних систем здійснювати безпосередній доступ до об'єкту діагностування. Управління доступом реалізується на основі розроблених моделей та алгоритмів і дозволяє адаптуватись до структури об'єкту.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що розроблено інженерну методику адаптивного діагностування (новизна апаратної реалізації підтверджується патентами України: №14810А “Спосіб контролю і діагностування цифрових схем” від 18.02.97 та №21399А “Спосіб контролю і діагностування цифрових схем” від 02.12.97) та інструментальний засіб формування компонентної структури цифрових об'єктів, які на етапі підготовки об'єкту до діагностування дозволяють здійснювати вибір раціональної стратегії тестування за критеріями реалізаційно - часових витрат та якості діагностування, що розширює можливості систем покомпонентного діагностування.

Результати дисертаційної роботи впроваджено на відкритому акціонерному товаристві “Маяк” (м.Вінниця) та закритому акціонерному товаристві “УТЕРМ” (м.Вінниця).

Особистий внесок здобувача. Всі основні положення дисертаційної роботи, запропоновані моделі, алгоритми та методи відносно систем зазначеного класу, розроблені здобувачем самостійно.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися автором на 7 наукових конференціях, серед них: наукова школа-семінар “Методы автоматизированного проектирования электронно- вычислительной аппаратуры и СБИС” (Вінниця, 1988); республіканська науково- технічна конференція “Информатика и автоматизация в регионе” (Вінниця, 1988); ХХIY всеросійська молодіжна наукова конференція “Гагаринские чтения” (Москва, МАТІ, 1998) ; II міжнародна науково- технічна конференція “Моделирование и исследование сложних систем” (Москва, Державна академія приладобудовання і інформатики, 1998 ) ; щорічні науково- технічні конференції професорсько- викладацького складу Вінницького державного технічного університету, семінари кафедри автоматики і інформаційно- вимірювальної техніки (Вінниця, 1995- 1998 ).

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 9 робіт, з них 3 статті в наукових фахових журналах, 2 патенти України та 4 тези доповідей на конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота містить вступ, чотири розділи, висновки і додатки. Загальний обсяг дисертації складає 224 сторінки, в тому числі 155 сторінок основного тексту, містить 38 рисунків, 15 таблиць. Список використаних джерел складає 94 найменування. Додатки містять опис алгоритмів, програмне забезпечення та акти впровадження результатів досліджень.

Автор висловлює подяку своєму першому керівнику д.т.н.,проф. Байді М.П., к.т.н.,доц. Перевознікову С.І. та д.т.н. Дубовому В.М. за наукові консультації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі до дисертації обгрунтована актуальність ії тематики, сформульована мета роботи, означені методи досліджень, описані основні наукові результати, охарактеризовані їх новизна, достовірність, практична цінність, ступінь впровадження та апробація роботи.

Перший розділ присвячений огляду стану проблеми та формулюванню задач дослідження. В ньому проведено аналіз: ЦП, як об'єкту діагностування; дефектів в ЦП; існуючих систем діагностування; особливостей тестування ЦП; математичних моделей об'єкту діагностування. Як показує проведений аналіз (, одним із перспективних напрямків підвищення якості і ефективності існуючих систем діагностування є пошук нових підходів до декомпозиції.

Вони мають можливість поєднувати швидкість і повноту функціонального тестування з простотою і глибиною пошуку дефектів при покомпонентному діагностуванні об'єктів. Такий підхід визначив напрямок досліджень, який передбачає розробку ефективних комп'ютерних процедур декомпозиційного пошуку дефектів, моделюючих алгоритмів функціонування ЦП на основі зміної структури, а також стратегій, які спрощують підготовку програм діагностування за рахунок деструктуризації самого об'єкту з врахуванням можливостей апаратних засобів систем покомпонентного діагностування.

Другий розділ присвячений дослідженню і розробці нових декомпозиційних підходів до тестування ЦП в системах покомпонентного діагностування. В ньому об'єкт діагностування розглядається як компонентна структура. Причому, з одного боку, це кінцева множина компонентів (фрагментів) L(G)={G1,G2,...,Gр}, на які розбита вихідна схема. Кожному фрагменту GіL(G) відповідає підграф Gі(Vі,Eі), де підмножина вершин Vі відповідає елементам принципової схеми; підмножина дуг Eі відповідає зв'язкам елементів і-го фрагменту. З іншого боку, - у вигляді гіперграфа G(V,E), де V -множина вершин, яка відповідає компонентам множини L(G); Е -множина дуг, яка визначається всіма зв'язками компонентів. На основі даного підходу визначені властивості і розглянуті особливості формальної декомпозиції об'єкту на тестовані фрагменти з врахуванням їх взаємних перетинів. При цьому, - розбиттю поставлені у відповідність параметри <p,>, де ()- глибина діагностування, (р)- число компонентів розбиття, ()- характеристика числа перетинів і ()- показник їх повноти. Знайдена лінійна залежність показника глибини діагностування від числа компонентів розбиття: р+. Структура об'єкту дослідження і загальні властивості грають значну роль при мінімізації процедур діагностування. Тому, для спрощення алгоритмічного аналізу діагностичних властивостей визначені базові типи компонентів, які утворюють структуру декомпозованого об'єкту: G=Gі Gп Gн , де Gі , Gп , Gн - відповідно ізольовані, повні і неповні компоненти. На їх основі введені і розглянуті такі утворення, як внутрішні і зовнішні ланцюги компонентних співвідношень, які дозволяють моделювати різні структури. Для розробки стратегій декомпозиційного тестування об'єкту проведено аналіз діагностичних властивостей структур - розбиттів в умовах екстремальних значень параметрів р , мета якого мінімізація числа (р) при заданому значенні (). При характеристиках декомпозиції <p, > для заданої підмножини коефіцієнтів аі|i3,r} ?-розбиття : параметр (?) максимальний і рівний ?=?, якщо виконується умова p=?-?ai(1/2i-1); якщо виконується умова ?=?, а також ?аi=0, то параметр (p) приймає найбільше значення при р=?; якщо виконується умова р=1/2?'+2, де ?'= ?-?mod2 і ?=?, значення (р) мінімальне; якщо виконується рівність p=?1/2? ?+1 і умова ?<? , то значення (р) мінімальне; показник (?) мінімальний та рівний ?=p-1 при виконанні умов p= ?1/2? ?+1 і ;. якщо при ?-розбитті вершин графа G виконується умова р = ?+1, то параметр ? визначається на множині значень {0,1}. Визначені типи структур, які в різних сполученнях описують всю різноманітність фрагментних перетинів об'єкту: ланцюгові, радіальні, кільцеві (рлс=ррс? ркс), радіально- ланцюгові, а також приведені правила їх побудови.

Декомпозиційні можливості систем покомпонентного діагностування у більшості випадків визначаються топологією включення елементів об'єкту. Аналіз структури будь- якого ЦП дає можливість вибирати раціональні переваги тієї або іншої стратегії формування компонентів об'єкту. Порівняльний аналіз стратегій декомпозиції (табл.1) показав, що більш раціональна - це радіально-ланцюгова стратегія декомпозиції об'єкту.

Таблиця 1 Порівняльний аналіз стратегій декомпозиції

L(G)	РС	ЛС	КС	РЛ
5	3	3	3	3
10	6	6	5	4
15	8	8	8	5
20	11	11	10	6
30	16	16	15	8
		. . .
50	26	26	25	10
		. . .

Цифровий об'єкт розглядається як нерозривний функціонально - конструктивний вузол і представляє собою багаторівневу модель. В основі практичних алгоритмів аналізу, синтезу та перетворення дискретних динамічних систем та паралельних процесів лежать мережеві моделі, аналіз їх властивостей, синтез та перетворення (зокрема, апарат мереж Петрі). Дослідження на мережі Петрі довели, що ії модифікація (введення додаткових атрибутів компонентів) дозволяє розширити можливості класу мереж Петрі та їх виразну потужність (а саме, внаслідок залучення даних про глобальну ситуацію в системі і зростає виразна потужність мереж). Для формування компонентних утворень і моделювання процесів покомпонентного діагностування ЦП використовувається модифікована мережа Петрі. Модель ЦП має вигляд:

( H, F, U, B, T ),

де H={V1, V2, I, O} - проста мережа Петрі, у якої :

V1={vi1 | i(1,n)}- множина позицій, які відповідають провідникам пристрою;

V2={vj2 | j(1,m)}- множина переходів, які відповідають елементам пристрою;

I, O - вхідна і вихідна функції відображення переходів (позицій) в комплект позицій (переходів):

vi2,vj2 (i?j) мережі виконується умова O(vi2)?O(vj2)=?, де ? - пуста множина; vi2?V2 виконується умова I(vi2)?O(vi2)=?; vk1?V1 мережі , у якої I(vk1)?? і?O(vk1)?? , виконується умова

????vi2?I?vk1?????? ??vj2?O?vk1?? ;

vi2?I(vk1) vj2?O(vk1)

B={0 1 z }- множина розміток (кольорів) маркерів, які відповідають сигналам логічного нуля, логічної одиниці і високоімпедансному стану : початкова маркіровка будь- якої позиції vk1?Vv1, у якої I(vk1)=? , повинна визначатись таким чином

??vk1? ? ? ?(vj2, O(vk1))

vj2?O(vk1)

Операція умовного маркірування ?k = (?i | ??j ), де i,j?{0,1,X,Z}, позиції vk?V1 мережі - це тимчасове розміщення в ній маркера розмітки ?i (?i ??j) при якому виконується така умова

?k (?i | ??j ) = ?k (??i ),

де ? - число маркерів в позиції vk.

F={Fk | k(1,m)}- множина функцій спрацювань переходів мережі;

Fі ={fi1, fi2, ... , fil} - функція спрацювання переходу vi2?V2 мережі , якщо

(?fij?Fi?????p??q?????fij ? ?p?I(vi2?)??q?O(vi2?))??

а також

??vk1?vi1? ???p?vk1)?B)???q?vk1?????,

де M - множина всіх маркірованих станів мережі, fij - відповідає стрічці таблиці функціонування (ТФ) i-го компоненту; l - число стрічок ТФ i-го елементу ЦП;

Т={tl | l(1,m)} - час встановлення вектора початкових умов діагностування для кожного переходу мережі;

U={uij | (vi2,vj1) (vj1 vi1 ) (uij : (vj1,vi2) N} - функція вагових коефіцієнтів дуг графа мережі, де vi1 =I(vi2 ) O(vi1 ).

Введення додаткових атрибутів та визначення їх властивостей для компонентів мережі дозволяє використовувати ці відмінності для управління процесом покомпонентного діагностування, а спеціальні розмітки моделюють виконання заданих умов.

Властивості взаємодіючих паралельних компонентів мережі, незалежні їх спрацювання, маркірування позицій та визначення часу пересування маркерів мережевої моделі дозволяють застосовувати стратегію декомпозиції компонентної структури, найбільш доцільну для даного об'єкту діагностування.

Математична модель також дозволяє аналізувати в процесі декомпозиції об'єкту складність штучних фрагментів (обмеження, що відповідають складності виділених компонентів, багато в чому визначають трудомісткість формування тестових програм) та врахувати топологічні особливості елементів кожного компоненту. Показник складності (і-го компоненту) :

і іеп ів інд і ,

де еп - число елементів пам'яті; в - число виводів, що зв'язують і-ий компонент з іншими; нд - забезпечення вектора неушкоджуючого режиму діагностування при тестуванні; - допустимий час подання тестових векторів на об'єкт (критерій обмеження тривалості реалізації векторів установки непошкоджуючого режиму діагностування).

Третій розділ присвячений створенню алгоритмів формування компонентних структур для одержання оптимальних програм діагностування. Для відображення структурно - функціональних особливостей об'єкту використовуються моделюючі властивості апарату модифікованої мережі Петрі (для визначення фактичних топологій включення елементів об'єкту та їх ранжування ). Запропонований формальний аппарат опису компонентних структур, їх властивості, правила побудови лежать в основі розроблених алгоритмів формування компонентних структур. При цьому здійснюється пошук мінімального значення числа компонентів, враховуваючи задану складність компонентної структури. Даний підхід також грунтується на оцінці максимальної зв'язаності компонентів.

На процес декомпозицій суттєво впливають часові обмеження тестування виділених компонентів: it iнд 1, де іt - час реалізації програм тестування і-го компоненту; інд - максимальна тривалість забезпечення векторів непошкоджуючого наведення тестових сигналів і-го фрагменту. Запропонований підхід також враховуває часовий показник теплофізичних параметрів напівпровідникових структур мікросхем компонентів об'єкту. Крім того, при виборі раціонального варіанту декомпозиції необхідно враховувати ситуації, коли для деякої множини варіантів поєднання елементів в штучні фрагменти, вектори непошкоджуючого наведення тестових сигналів встановлюються лише частково. Внаслідок чого реалізується тільки частина спільного тесту розглянутого компоненту. Згідно з цим, введено поняття глибини тестового контролю компоненту структури цифрового об'єкту: і=tі / Tі , де tі - частковий тест (допустиме число векторів- стрічок матриці аналізуючого і-го фрагменту), Ті - повний тест (загальне число тест - векторів і-го фрагменту), причому і 1. Остаточний варіант декомпозиції приймається такий, для якого і = max серед множини варіантів.

Дані обмеження процесу діагностування, топологія фактичного включення елементів об'єкту, показники складності й визначають стратегію декомпозиції, що є найбільш раціональною для даного об'єкту. На цьому й грунтуються створені алгоритми формування компонентної структури.

Ефективність будь-якої стратегії тестування, яка ґрунтується на декомпозиційному підході, визначається не тільки конструктивними можливостями систем розглянутого класу, але і організацією упорядкованої подачі і зняття тестових дій. Проаналізовані структурно- функціональні особливості формування компонентних структур комбінаційної частини цифрових об'єктів, полягають в основі розроблених алгоритмів оцінки складності і корекції тестових програм компонентів на основі введеного поняття узгодженності тестових матриць зв'язаних між собою елементів фрагментів. Даний підхід аналізує вхідні і вихідні стиснуті характеристики тестових матриць елементів фрагменту і по їх сполученню формує числовий показник тестової складності кожного зформованого компоненту структури об'єкту:

n n

t ij = (t), yi = (y),

i=1 i=1

де (t), (y){0,1} вхідна і вихідна характеристики матриці Т=|| tij | yi || , де tij - значення поданого тестового сигналу, yi - значення відповідної реакції на поданий вектор ti (i,j1,n), n- число виводів комбінаційної схеми, - складання по модулю два. Визначено, що довжина діагностичного тесту будь- якого комбінаційного фрагменту об'єкту діагностування підраховувається арифметичним шляхом, з врахуванням узгодженності тестових матриць його зв'язаних елементів (по характеристичним функціям (t) i (y)). В зв'язку з цим проведено аналіз різних структур комбінаційних фрагментів для визначення довжини їх діагностичних тестів:

L = max { Li }, Li = max {| Tj |}, m=| Vk2 |, vi2Vk2

i1,k j 1,m

При цьому кожний елемент структури представляється у вигляді: T((t), (y), l ), де l- початкова довжина стандартного тесту комбінаційного елементу. Тестова складність будь- якого зформованого фрагменту визначається не тільки максимальною потужністю тесту одного із його елементів, але і неузгодженістю векторів тестових матриць. Крім того, також враховуються можливі взаємні суперечності поданих тестових векторів на вузлові елементи. При наявності суперечного тест - вектора аналізується його належність тестової матриці вузлового елемента і приймається відповідне рішення. Запропонований підхід дозволяє коректувати тестову матрицю до моменту формування тестових програм. На цьому й грунтуються розроблені алгоритми оцінки складності та корекції тестових програм.

Четвертий розділ присвячений реалізації результатів теоретичних досліджень. На основі цих результатів розроблено метод адаптивного діагностування. Для забезпечення контролепридатності необхідно мати управляємість в певних внутрішніх вузлах об'єкту діагностування. Можливості систем покомпонентного діагностування мають гарну перспективу для проектування контролепридатних об'єктів. Можливість безпосереднього доступу у внутрішні вузли ЦП і зміна структури пристрою (тільки на період його тестування) дозволяють таким системам ефективно адаптуватись (пристосовуватись) до особливостей структури об'єкту і реалізовувати різні декомпозиційні стратегії діагностування (найбільш раціональні для даного об'єкту), враховуючи задані обмеженя. Концепція такого підходу грунтується на використанні електричних властивостей елементів об'єкту, а також на введенні засобами системи додаткових штучних ланцюгів між окремими внутрішніми вузлами об'єкту. Головним фактором формування різних штучних фрагментів схем є можливість встановлення непошкоджуючого режиму діагностування для елементів. Забезпечення яких, фактично зводиться до електричної ізоляції елементів один від одного: подача тестових дій в будь- яку внутрішню точку не впливає на процес тестування. Така можливість дозволяє штучним способом формувати на множині таких "незалежних" елементів різні фрагменти. При цьому, якщо в процесі тестування фрагменту фіксується несправність, то подальший пошук місця дефекту ведеться всередині структури розглянутого фрагменту. Можливість доступу, який управляється на основі розроблених моделей та алгоритмів, дозволяє виділити розглянуті алгоритмічні засоби в клас методів адаптивного діагностування цифрових об'єктів. На основі розробленого методу запропонована інженерна методика тестування цифрових пристроїв в системах покомпонентного діагностування. Апробація методики проведена в умовах експериментального виробництва.

Для того, щоб правильно судити про хід процесу діагностування і про стан об'єкту, що перевіряється, діагностична система повинна забезпечити виявлення несправності з заданою точністю і за заданий інтервал часу. Достовірність процесів діагностування визначається головним чином їх стратегіями та алгоритмами. Ефективність алгоритмів пошуку несправностей тим вище, чим менше час пошуку цієї несправності. Порівняльна оцінка достовірності діагностування різних типів алгоритмів для систем покомпонентного діагностування приведена в табл.2. Показники підраховані для узагальненого випадку з кількістю контрольних точок - 80.

Автоматизація прийняття оптимальних рішень можлива завдяки розробці програмного забезпечення формування компонентної структури, яке реалізовано на основі запропонованих моделей та алгоритмів.

Таблиця 2 Порівняльна оцінка достовірності діагностування в покомпонентних системах

Тип алгоритму	Загальний час діагностування ( с )	Імовірність правильного діагностування
Виділення поелементної структури	1400	0.89
Виділення жорсткої компонентної структури	1000	0.92
Виділення змінної компонентної структури	500	0.96
Виділення змінної компонентної структури на основі адаптивного методу	312.5	0.975

ВИСНОВКИ

На основі виконаних досліджень розроблено комплекс алгоритмічних засобів для покомпонентних систем, який дозволяє розв'язувати задачі автоматизованого діагностування цифрових пристроїв за критеріями мінімізації реалізаційно - часових витрат та якості діагностування. Сукупність результатів досліджень, що приведені в роботі, дозволяє удосконалити метод покомпонентного діагностування. Розвиток якого дозволяє створювати гнучкі модульні системи контролю, що відповідає вимогам сучасного радіоелектроного виробництва.

В дисертаційній роботі одержані такі наукові та практичні результати:

1. На основі аналізу процесів покомпонентного діагностування сучасних цифрових пристроїв запропоновано їх опис мережевими моделями Петрі. Математична модель цифрового об'єкту діагностування, яку розроблено на основі модифікованої мережі Петрі, є подальшим удосконаленням застосування апарату мереж Петрі та дозволяє збільшити адекватність відображення складних процесів діагностування і формування компонентних структур цифрових об'єктів за рахунок розширення можливостей мереж. Властивості взаємодіючих паралельних компонентів мережі та їх незалежні спрацювання дозволяють ефективно застосовувати стратегії структурної адаптації при діагностуванні цифрових об'єктів в покомпонентних системах.

2.Запропоновано формальний апарат побудови компонентних структур,що грунтується на теоретико - множинному підході з використанням гіперграфів. Для моделювання алгоритмів процесу пошуку оптимальних компонентних структур розроблено нові декомпозиційні стратегії тестування цифрових об'єктів за принципом структурної адаптації. Проведено їх порівняльний аналіз. Ці стратегії є розвитком методів декомпозиції, що застосовуваються в задачах компоновки та розміщення елементів на платах в напрямку підвищення якості процесів діагностування.

3.Розроблено алгоритми формування компонентних структур цифрового об'єкту діагностування, де для моделювання компонентних утворень і процесів покомпонентного діагностування використовується модифікована мережа Петрі. Створені алгоритми формування компонентної структури базуються на запропонованому декомпозиційному підході, враховують часові обмеження на процес діагностування, аналізують структурно - функціональні властивості елементів об'єкту. При формуванні компонентної структури пропонується найбільш раціональний варіант декомпозиції даного об'єкту. Практична цінність результату полягає в тому, що загальний час діагностування об'єкту та реалізаційні витрати зменшуються в 2 -3 рази порівняно з застосуванням відомих алгоритмів. Крім того, експериментальні дослідження доводять, що якість діагностування при застосуванні розроблених алгоритмів також зростає (імовірність правильного діагностування в узагальненому випадку становить 0.975 ).

4. З метою оцінки доцільності стратегії діагностування, спрощення підготовки та трудомісткості тестових програм розроблено алгоритми оцінки складності і корекції тестових програм для утвореної компонентної структури. Ефективність будь- якої стратегії тестування, що грунтується на декомпозиційному підході визначається не тільки конструктивними можливостями систем розглянутого класу, але й організацією упорядкованої подачі і зняття тестових дій. Обмеження, що відповідають складності виділених компонентів, багато в чому визначають трудомісткість формування тестових програм, а структурно - функціональні особливості формування компонентних структур комбінаційної частини цифрових об'єктів лежать в основі введеного поняття узгодженості тестових матриць зв'язаних між собою елементів фрагментів. Запропонований підхід є подальшим удосконаленням процесу формування тестових матриць і дозволяє коректувати тестову матрицю ще до моменту формування тестових програм. Практична цінність досліджень полягає в тому, що розроблені алгоритми дозволяють усунути можливість появи в апаратних засобах наведення тестових сигналів дефектів, а також уникнути недостовірної дешифрації результатів діагностування.

5.Розроблено метод адаптивного діагностування цифрових об'єктів для покомпонентних систем. Запрпонований підхід ґрунтується на тому, що системи покомпонентного діагностування мають: можливості безпосереднього доступу у внутрішні вузли об'єкту, введення штучних каналів передачі тестової інформації, можливості непошкоджуючого режиму діагностування для елементів, а також зміни структури пристрою тільки на період його діагностування. Це дозволяє таким системам ефективно адаптуватись до особливостей структури об'єкту і реалізовувати різні декомпозиційні стратегії діагностування, які є найбільш раціональними для даного об'єкту в умовах заданих обмежень процесу покомпонентного діагностування. Практична цінність полягає в тому, що даний підхід дозволяє мінімізувати реалізаційно - часові витрати процесу діагностування (в 2 -3 рази порівняно з відомими методами ) та підвищити його якість.

6.Розроблено автоматизований комплекс формування компонентної структури цифрових об'єктів за критеріями реалізаційно - часових витрат та якості діагностування, який включає інженерну методику адаптивного діагностування та програмне забезпечення формування компонентних структур. Розроблена методика визначає послідовність доцільних кроків процесу діагностування. Зменшення трудомісткості процедур формування компонентних структур, необхідних для прийняття оптимальних рішень забезпечується застосуванням програмного забезпечення, в якому реалізовані усі запропоновані моделі та алгоритми. Вибір раціональної стратегії тестування здійснюється на етапі підготовки об'єкту до діагностування за критеріями реалізаційно - часових витрат та якості діагностування. Практична цінність цих результатів полягає в створенні на основі розроблених моделей та алгоритмів інструментального засобу для автоматизації прийняття рішень.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.Перевозніков С.І., Арапова О.М. Методика оцінки складності фрагментів цифрових схем у системах покомпонентного діагностування // Вісник ВПІ.- 1994.- №4(5).- С.21- 24.

Дисертантом розроблено алгоритми оцінки складності та корекції тестових програм для утвореної комбінаційної частини цифрових пристроїв.

2.Перевозніков С.І., Арапова О.М., Москвіна С.М., Бурштєйн Є.О. Аналіз методик декомпозицій цифрових обладнань в системах покомпонентного діагностування// Вісник ВПІ.-1997.-№4.-С.9-13.

Дисертантом визначено формальний аппарат побудови та декомпозиційні стратегії формування компонентних структур. Проведено їх порівняльний аналіз.

3.Арапова О.М. Моделювання цифрових пристроїв для систем покомпонентного діагностування // Вісник ВПІ.- 1998.- №3.- С.12- 15.

4. Патент 14810 А України, МКІ G01R 31/28. Спосіб контролю та діагностування цифрових схем / Байда М.П., Перевозніков С.І., Арапова О.М. (Україна).- №94032831; Заявл.22.03.94; Опубл.18.02.97; Бюл.№3.-8с.

Дисертантом запропоновано послідовна модель структурної адаптації цифрового об'єкту для систем покомпонентного діагностування.

5.Патент 21399 А України, МКІ G01R 31/28. Спосіб контролю та діагностування цифрових схем / Байда М.П., Перевозніков С.І., Арапова О.М. (Україна).- №94053216; Заявл.24.05.94; Опубл.02.12.97; Бюл.№3.- 1998.-8с.

Дисертантом запропоновано паралельна модель структурної адаптації цифрового об'єкту для систем покомпонентного діагностування.

6.Арапова Е.М. Стратегии декомпозиции тестового контроля цифровых устройств в ситемах покомпонентного диагностирования // Матеріали міжн. наук.- техн. конф."Моделирование и исследование сложных систем".- Москва.- 1998.- Ч.2.- С.158- 161.

7.Арапова Е.М. Способы повышения эффективности тестового контроля цифровых устройств // Матеріали Всерос. молодіж. наук.- техн. конф. "Гагаринские чтения".- Москва.- 1998.- Ч.9.- С.35.

8.Арапов С.М., Савчук Т.А., Арапова Е.М. Фибоначчиевы принципы в повышении надежности программного обеспечения САПР // Матеріали наук. шк.- семін. "Методы автоматизированного проектирования электронно- вычислительной аппаратуры и СБИС".- Вінниця.- 1988.- С.11.

Дисертантом запропоновано реалізаційні принципи програмного забезпечення.

9.Арапов С.М., Арапова Е.М., Савчук Т.А. Информационно- избыточный подход к построению высоконадежних банков АСУ // Матеріали наук. техн. конф. "Информатика и автоматизация в регионе".- Вінниця.- 1988.- С.82.

Дисертантом запропоновано підхід до формування програмного забезпечення.

АНОТАЦІЇ

компонентний діагностування тестовий

Арапова О.М. Розробка методів і засобів тестування цифрових пристроїв в системах покомпонентного діагностування.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.16 - інформаційно- вимірювальні системи.- Вінницький державний технічний університет, Вінниця, 1999р.

Дисертацію присвячено питанням вдосконалення методу покомпонентного діагностування. Зокрема, дослідженню алгоритмів змінної компонентної структури для цифрових об'єктів. В дисертації розроблено математичну модель об'єкту діагностування на основі модифікованої мережі Петрі. Запропоновано формальний апарат опису та правила побудови компонентних структур. Розроблені алгоримічні засоби формування компонентних структур, які базуються на декомпозиційному підході, враховують часові обмеження на процес діагностування, структурно - функціональні властивості елементів цифрових об'єктів, враховувають оцінку складності та корекцію тестових програм утворених компонентів. Розроблено метод та інженерну методику адаптивного діагностування цифрових об'єктів в ситемах покомпонентного діагностування, де можливість доступу до об'єкту діагностувння управляється на основі розроблених моделей та алгоритмів. Проведені дослідження дозволили вирішити задачу вибору ефективної стратегії тестування цифрових пристроїв в системах покомпонентного діагностування при суттєвому знижені реалізаційно - часових витрат та підвищити якість діагностування.

Ключові слова: система покомпонентного діагностування, цифровий пристрій, модифікована мережа Петрі, алгоритми декомпозиції, компонентна структура, адаптивний метод діагностування.

Arapova E.M. Development of methods and means of testing of digital devices in diagnostic component systems.- the Manuscript. The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.11.16 - information - measuring systems.- Vinnitsa State Technical University, Vinnitsa, 1999.

The dissertation is devoted to problems of improvement of a component method of diagnosis. The mathematical model of object of diagnosis on the basis of the Petri modified network is developed. The formal system of the description and rule of component structures construction is offered. The algorithmic means of component structures formation based on decomposition approach taking into account the time restrictions on diagnosis process, structural - functional properties of elements of digital objects, complexity valuation and correction of the test programs of the formed components are developed. Method and engineering technique of adaptive diagnosis of digital objects in component diagnosis systems, in which possibility to access to diagnosis objects is directed according to the developed models and algorithims are worked out. The carried out research makes it possible to solve problem of choosing of the most efficient strategy of digital devices diagnosis for essential decrease realization - temporal costs and thus to increase quality of diagnosis.

Keywords: diagnosis component system, digital device, Petri modified network, algorithms of decomposition, component structure, adaptive method of diagnostisis.

Арапова Е.М. Разработка методов и средств тестирования цифрових устройств в системах покомпонентного диагностирования.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.16 - информационно- измерительные системы.- Винницкий государственный технический университет, Винница, 1999 г.

Диссертация посвящена вопросам усовершенствования метода покомпонентного диагностирования для цифровых устройств. В частности, исследованию алгоритмов переменной компонентной структуры для цифровых объектов на основе принципа структурной адаптации. В диссертационной работе разработаны алгоритмические средства диагностирования цифровых объектов в покомпонентных системах по критериям реализационно - временных затрат и качества диагностирования. В диссертации разработано:

- математическая модель объекта диагностирования на основе модифицированной сети Петри. Предложенная модификация усовершенствует аппарат сетей Петри, расширяя их возможности. Математическая модель позволяет увеличить адекватность отображения сложных процесов покомпонентного диагностирования и формирования компонентных структур, а также эффективно использовать стратегии структурной адаптации для задач покомпонентного диагностирования;

- формальный аппарат описания компонентных структур на основе теоретико - множественного подхода с использованием гиперграфов. Определены свойства и правила построения компонентных структур. На основе этого разработаны декомпозиционные стратегии тестирования цифровых объектов, проведен их сравнительный анализ. Данные стратегии являются развитием методов декомпозиции, которые применяются в задачах компоновки и размещения элементов на платах и направлены на повышение качества диагностирования;

- алгоритмы формирования компонентных структур объекта диагностирования, которые базируются на предложенном декомпозиционном подходе, учитывают временные ограничения на процесс диагностирования и анализируют структурно - функциональные свойства элементов объекта. Критерием эффективности является разбиение структуры цифрового объекта на минимальное количество фрагментов при определенном показателе сложности. Данные алгоритмы формируют переменную компонентную структуру, деструктуризуя объект на основе принципа структурной адаптации. При этом реализуется наиболее рациональный вариант декомпозиции данного объекта. Это позволяет минимизировать реализационно - временные затраты (сократить время диагностирования объекта в целом и реализационные затраты в 2 - 3 раза по сравнению с известными алгоритмами). Кроме того, экспериментальные исследования показали, что качество диагностирования при применении разработанных алгоритмов также повышается (вероятность правильного диагностирования для обобщенного случая составляет 0.975). Алгоритмы являются универсальными, т.к. могут применяться при диагностировании цифровых устройств любой степени интеграции;

- алгоритмы оценки сложности и коррекции тестовых программ для образованной компонентной структуры комбинационной части цифровых устройств. Данный подход основывается на понятии согласованности тестовых матриц связанных между собой элементов фрагмента и позволяет корректировать тестовую матрицу еще до момента формирования тестовых программ. Это позволяет устранить возможность появления в аппаратных средствах наведение тестовых сигналов дефектов и избежать недостоверной дешифрации результатов диагностирования, а также оценить целесообразность стратегии диагностирования и упростить подготовку и трудоемкость тестовых программ;

- метод и инженерная методика адаптивного диагностирования цифровых объектов в покомпонентных системах, где применяется стратегия, которая основывается на возможности систем данного класса осуществлять непосредственный доступ к объекту диагностирования. Управление доступом реализуется на основе разработанных моделей и алгоритмов и позволяет эффективно адаптироваться к структуре объекта. Такой подход позволяет минимизировать реализационно - временные затраты процесса диагностирования в 2 - 3 раза по сравнению с известными методами и повысить качество процесса диагностирования;

- программное обеспечение формирования компонентных структур объекта диагностирования, которое является инструментальным средством для автоматизации принятия оптимальных решений.

Основные результаты роботы нашли применение в проектно - производственных организациях, которые занимаются проблемами диагностирования цифровых устройств.

Ключевые слова: система покомпонентного диагностирования, цифровое устройство, модифицированная сеть Петри, алгоритмы декомпозиции, компонентная структура, адаптивный метод диагностирования.

Размещено на Allbest.ru

...