Методи і засоби підвищення ефективності покомпонентного діагностування цифрових пристроїв

Виходячи з властивості 6, уведені характеристики описують логічні функції, які представлено в таблиці 5. З урахуванням особливості топологій об'єктів введемо наступні поняття.

Якщо для вершини графа G виконується умова, де і, то назвемо її вузловою КТ об'єкта.

Назвемо елемент вузловим елементом, якщо існує а також хоча б дві підмножини зв'язаних елементів об'єкту дослідження і, де m_к і m - номера старших елементів відповідно k-го і -шляху, що з'єднують вузол e з елементом v, а - множиною вузлових елементів.

Тоді в подібних структурах компонентів можливе таке сполучення сигналів, які подаються і, при цьому, виконується умова.

Якщо для елементів тестованої схеми, утвореною парою і, справедливі співвідношення то не існує тестового вектора елемента v, що містить сполучення значень розрядів і на виходах кінцевих елементів шляхів, де.

У цьому випадку матриця і множина вхідних векторів тесту компонента коригуються. При формуванні компонентів розроблено методику оцінки складності тестових матриць для комбінаційних фрагментів схем. Такий підхід базується на понятті базового елемента фрагмента схеми, яка досліджується.

Елемент - підграф графа G), для якого довжина тесту дорівнює, де, назвемо базовим елементом фрагмента , а відповідну довжину тесту позначимо як.

При утворенні чергового компонента, для якого виконується умова, відповідно методики формування фрагментних структур необхідно на кожному кроці перевіряти для елемента характер такого об'єднання. При цьому, якщо справедлива наступна рівність (або), то довжина тесту об'єднання оцінюється таким чином. Для базового елемента всього сформованого фрагменту маємо показник складності тесту, при цьому також формуються основні виводи компоненту щодо майбутніх об'єднань елементів у підсхеми. Якщо при утворюванні таких підсхем виконується умова, то оцінка складності програми тестування сформованого фрагмента схеми складає. Запропонована методика дозволяє при формуванні і аналізі компонентних структур комбінаційної частини цифрових схем прискорити процес прийняття рішень.

Автоматичний синтез тестів для комбінаційних фрагментів схем простіше виконувати із застосуванням апарату кубічних покрить. Незручність складає процедура віднімання кубів покрить, яка часто програмно викликається і реалізується, фактично, у два етапи, що складає певний час. При цьому заздалегідь невідома кількість результуючих кубів. Дослідження показали, що існує формальна методика одержання істотних 0-кубів для підкласу одновихідних фрагментів схем (як правило простого базису) без використання операції покоординатного віднімання вихідних кубів D (або R)- покрить. Запропоновану методику засновано на властивості матриць покриттів фрагментів схем.

Для елементів, де будь-якого j-го вектора-стовпця матриці D-покриття виконується умова де, сигнал, який активізує шлях, для j-го входу елемента фрагмента схеми.

Сам механізм отримання істотних 0-кубів для одновихідних цифрових фрагментів схем простого базису засновано на наступному висловлюванні.

Істотний 0-куб по k-ій координаті визначається шляхом присвоєння всім елементам вихідного куба -покриття, що задовольняють умові значень, рівних.

У порівнянні з запропонованою процедурою формування кінцевих тестових 0-кубів при існуючому програмному забезпеченні, необхідно заздалегідь максимально резервувати машинну пам'ять, що потребує відповідного часу щодо обробки тестової інформації. При цьому формуються множини суттєвих кубів по кожній координаті схеми. Відповідно методу тест компонента синтезується, як правило, шляхом вибору представника з кожної такої підмножини суттєвих кубів з відповідним довизначенням розрядів. При цьому необхідно дотримуватись відповідної упорядкованості тестових векторів - максимальної зміни значень логічних сигналів по кожній координаті кінцевого тесту компоненту. На основі запропонованого формального підходу розроблено методику і алгоритм, який дозволяє безпосередньо отримувати довизначені представники суттєвих 0-кубів кінцевого тесту підсхем при аналізі тільки матриць покриттів фрагментів без залучення операції покоординатного віднімання векторів.

Як показує аналіз структур пристроїв, топологія включення елементів суттєво впливає не тільки на характер формування компонентних утворень, але й визначає складність і протиріччя пошуку векторів початкових умов діагностування. Особливості відносин сформованих підсхем примушують аналізувати і коригувати стандартні або бібліотечні програми тестування фрагментів стосовно операторів мови початкового опису структури об'єктів. З метою автоматизації процесів отримання фактичних тестових векторів запропоновано метод і алгоритм, який удосконалює відомий підхід за рахунок ведення поширеної операції -перетинання (таблиця 6). Базуючись на співвідношеннях (3), (4), а також властивостях 16, 19, 20, аналізуються тестові матриці фрагментів схем з метою їх коригування. Наприклад, рішення про усунення суперечливих тестових векторів які мають однакові номери контрольних точок опису внутрішніх вузлів будь-якого компонента розбиття, приймається на основі результатів аналізу перетинання векторів.

У п'ятому розділі пропонуються принципи побудови апаратно-програмних засобів покомпонентного діагностування ЦП. Визначаються особливості складу засобів і основні функції автоматизації процесів діагностування об'єктів досліджень. Прагнення до компактності і економічності розроблюваної системи діагностування передбачає вибір її раціональної структури. З цією метою, на основі проведеного аналізу, визначено необхідні рішення таких технічних питань:

аналіз структурних особливостей об'єкта діагностування (ОД), а також типів можливих несправностей ЦП за умов виробництва;

вивчення життєвих циклів ОД;

визначення необхідних функцій СПД і особливостей їх апаратно-програ-мної реалізації;

визначення можливостей автоматизації процесів тестового пошуку несправностей у ЦП;

аналіз економічних аспектів щодо розробки апаратних, програмних і врахування експлуатаційних витрат під час процесу розробки СПД;

визначення ступеня кваліфікації обслуговуючого персоналу.

Оскільки ЦП, як об'єкт дослідження, включає у свій склад елементи усіх ступенів інтеграції, а також може містити незначну кількість аналогових елементів, то, ґрунтуючись на концепції покомпонентного діагностування, проектована СПД повинна виконувати функції:

- перевірку топології друкованого монтажу з метою усунення можливих коротких замикань і обривів провідників ЦП (без подачі напруги);

- поелементну перевірку дискретних ЕРЕ (резисторів, конденсаторів, діодів), а також тестовий контроль цифрових компонентів у складі об'єкту;

введення, виведення, збереження та обробку діагностичної інформації.

На рис. 12 наведено структурну схему блоку контролю ЦІС, де формуються імпульсні і постійні початкові умови проведення діагностичних експериментів з компонентами, а в блоці керування здійснюється таймерний контроль за температурними режимами наведення тестових сигналів у внутрішні вузли ЦП.

Неминучі витрати на розробку засобів покомпонентного діагностування визначаються, головним чином, архітектурою системи і використовуваних обчислювальних ресурсів. Встановлено, що в цьому плані найкращим чином зарекомендували себе СПД на основі персональних комп'ютерів із загальною магістраллю у своєму складі. На рис.13 наведено структурну схему СПД.

При цьому показано, що при відповідній структурі засобів забезпечується необхідна гнучкість і реалізується модульний принцип при відносній простоті з'єднання окремих функціональних вузлів проектованої СПД. Розглянуто особливості проектування блоку контролю ВІС і визначено його основні функції, вперше включаючи застосування бібліотек стандартних елементів, які можуть входити до складу штучних компонентів сформованих схем:

висока (відносно до СПД) частота подачі тестових впливів;

взаємна синхронізація реалізації тестових векторів і фіксація відповідних реакцій (під час проведення ДЕ з компонентами пристроїв);

тривале збереження поточного обсягу діагностичної інформації;

двонаправленість інформаційних шин введення-виведення для ВІС.

Встановлено, що проблемна орієнтація розроблюваної СПД багато в чому визначає структуру й особливості програмного забезпечення. Показано, що пошук прийнятних варіантів структур СПД диктується рядом обставин, серед яких найбільш істотними є:

спрощення діалогу спілкування оператора з комплексом;

зменшення трудомісткості підготовки програм діагностування ЦП;

підвищення ефективності процедур діагностичних експериментів.

Запропоновано структуру програмного забезпечення. Проведено аналіз основних підсистем і визначено їх основні задачі. Розглянуто особливості отримання робочих програм діагностування (РПД), що генеруються з коду, описаного первинною мовою покомпонентного діагностування (МПД), включаючи банк даних апаратних засобів, який містить програми тестування елементів і компонентів, наявність бібліотеки векторів електричних умов проведення тестових експериментів із фрагментами схем. Розроблено мову CPD для налагодження РПД- програм. Показано її простоту і виразність при використанні. Описано основні оператори і визначено доцільність її застосування для опису модулів програм пошуку несправностей у ЦП, які відлагоджуються. Розглянуто структуру і описано основні модулі комплексної програми знаходження мінімальних компонентних підмножин розбиттів вихідних схем ЦП, яка інтегрована із програмами опису і пошуку початкових умов діагностування компонентів у загальне забезпечення моделювання процесів покомпонентного тестування цифрових об'єктів. Показано особливості пошуку векторів установчих сигналів, що подаються в найближчі внутрішні контрольні точки об'єктів досліджень для забезпечення електричних умов подачі тестових сигналів у процесі проведення діагностичних експериментів з сформованими фрагментами схем.

ВИСНОВКИ

Еволюційне зростання складності цифрових пристроїв (що досягається впровадженням сучасних технологій виготовлення і розміщення елементів як у базових кристалах, так і мікросхем на площині друкованих плат) призводить до збільшення розмірностей відповідних моделей діагностування, що суттєво ускладнює виробничі задачі пошуку несправностей з відповідною точністю за прийнятний час. Така тенденція в достатній мірі входить у протиріччя з фізичними можливостями сучасних апаратно-програмних засобів тестування цифрових об'єктів, залишаючи місця пошуку нестандартних методів і підходів до їх діагностування. У дисертації наведено нове рішення науково-технічної проблеми, що полягає у створенні методів та машинних алгоритмів композиційно-декомпозиційного представлення структур ЦП, яке спрямоване на підвищення ефективності застосування засобів покомпонентного діагностування за умов серійного та крупносерійного виробництва, що забезпечується формуванням оптимальних структур розбиття, а також скороченням часу виявлення і пошуку несправностей в об'єктах, що тестуються.

Основні наукові і практичні результати дисертаційної роботи є такими:

1. Розроблено методи та алгоритми представлення компонентних структур ЦП, що базуються на властивостях і обмеженнях моделей принципових схем пристроїв, описаних мовою графів. Знайдено формальні залежності характеристик декомпозиційного представлення цифрових об'єктів від глибини діагностування, що дозволяють оптимізувати процес формування компонентних структур в умовах теплофізичних та конструктивних обмежень. Вперше описано і проаналізовано типові структури компонентних множин: складні, прості, повні, неповні, ізольовані, термінальні фрагменти схем, а також їх різновиди. Встановлено характеристики відносин складних фрагментів схем та їх зв'язки з ланцюжковими підструктурами, що визначають особливості сформованих підмножин розбиття пристроїв.

2. Розроблено і проаналізовано математичні моделі різних типів компонентних структур: радіальні (Р), ланцюжкові (Л), кільцеві (К), “сильнозв'язані” фрагменти (типу s, s і s^*), радіально-ланцюжкові (РЛ), а також типу ^р- підмножини. Знайдено правила і характеристики їх покрокового формування, що лягли в основу розробки відповідних алгоритмів декомпозиційного тестування цифрових об'єктів. Особливістю алгоритмів комутації подібних структур є тимчасова реструктуризація пристроїв за рахунок уведення з боку засобів діагностування до об'єкту додаткових каналів передавання тестової інформації між внутрішніми вузлами схем тільки на період проведення діагностичних експериментів. Вперше розроблено метод моделювання процесу формування компонентними структурами, який дозволяє фіксувати перспективні, “безперспективні” або усувати некоректні варіанти формування фрагментів.

3. Розроблено методи композиційного формування компонентних структур ЦП, які засновано на штучному об'єднанні елементів у фрагменти схем за рахунок тимчасової зміни внутрішніх зв'язків у об'єктах. Створення електричним способом множини вузлів рівного потенціалу дозволяє за рахунок засобів програмної комутації формувати різні паралельні або послідовні фрагменти зв'язаних елементів схем. Вперше розроблено алгоритми формування штучних компонентів, які дозволяють використовувати властивість самогенерації сигналів у підсхемах, що представляють собою контури зворотних зв'язків. Запропонований підхід дозволяє спростити, прискорити та знизити трудомісткість підготовки програм діагностування. Реалізація принципу формування паралельних структур дозволяє скоротити загальний час виконання програм діагностування пристроїв апаратними засобами у цілому.

4. Вперше розроблено методи тестового покомпонентного діагностування цифрових пристроїв, які засновано на встановленому порядку опитування сформованих підсхем. З метою прискорення процесів діагностування запропонований підхід реалізує попереднє розбиття сформованої множини компонентів на дві підмножини, які не перетинаються. Безпосередній порядок опитування компонентів при виборі їх із сформованих підмножин доцільно формувати з урахуванням часу реалізації програм тестування, а також встановлення початкових умов проведення тестових експериментів: у першу чергу тестуються компоненти з меншим сумарним часом реалізації програм тестування, які мають порівняно більшу структурну складність.

5. Розроблено метод і машинний алгоритм пошуку векторів установчих сигналів, реалізація яких забезпечує достовірність проведення діагностичних експериментів, а також неушкоджуючий характер реалізації тестових впливів. Алгоритм реалізує пошук у глибину з поверненням серед множини можливих векторів тестових сигналів. Ефект досягається знаходженням множини найближчих для досліджуваного компонента внутрішніх контрольних точок, куди будуть подаватися тестові сигнали установчих векторів. Якщо у процесі пошуку не вдається знайти умови проведення незалежного тестового експерименту для будь-якого компонента, то він структурно поєднується з іншими елементами пристрою, входячи при цьому до складу більш складного фрагмента схеми, початкові умови діагностування якого визначені і можуть бути реалізованими.

6. З метою підвищення глибини діагностування компонентів і скорочення загального часу тестування ЦП в умовах температурних перевантажень розроблено метод, який базується на упорядковуванні векторів тестових матриць фрагментів схем. Такий підхід забезпечує зниження загального числа змушених зупинок, необхідних для охолодження внутрішніх структур корпусів мікросхем під час подавання тестових сигналів у внутрішні вузли зв'язаних між собою підсхем. Теплофізичні процеси розігрівання та охолодження корпусів мікросхем під час реалізації тестових сигналів вважаються сумісно збалансованими, якщо існує такий вибір послідовності чергування сигналів лог. '1' і лог. `0' по кожній координаті тестових матриць компонентів, для якої будь-який період припустимого підвищення температури змінюється достатнім інтервалом охолодження.

7. Запропоновано структурну схему засобів покомпонентного діагностування цифрових пристроїв, яка має удосконалену архітектуру і зорієнтована на конструктивні, електричні і теплофізичні особливості проведення діагностичних експериментів з компонентами. Технічне рішення включає можливість прискореного подавання тестових сигналів на входи компонентів через канали прямого доступу. Запропоновано структурну схему блоку контролю цифрових інтегральних схем (ЦІС), що реалізує можливість забезпечення початкових умов діагностування компонентів, а також вперше введено до складу програмних засобів СПД бібліотеку мікросхем, які можуть брати сумісну участь з елементами ЦП у створенні штучних компонентних структур. Для зручного моделювання процесами діагностування ЦП розроблено мову описування програм тестування компонентів схем, синтаксис якої дозволяє компактно представляти послідовності векторів тестових матриць, враховуючи при цьому як особливості топології включення фрагментів схем, так і пам'ять попередньо поданих значень тестових векторів. Застосування мови полегшує написання програм і оперативне коригування процесом тестових перевірок компонентних структур пристроїв в умовах їх швидкозмінної номенклатури.

8. Вперше розроблені програмні продукти покомпонентного діагностування ЦП впроваджено у виробництво сучасної цифрової апаратури. При цьому практичне застосування отриманих результатів сприяло підвищенню продуктивності апаратно-програмних засобів. Це здійснюється за рахунок оптимізації процедур тестування, скорочення загального часу їх реалізацій, а також підвищення достовірності і глибини покомпонентного пошуку несправностей в об'єктах тестувань, про що свідчать акти впровадження відповідної алгоритмічної і програмної продукції на: НВК “Приладобудівний завод” (м. Вінниця), ВАТ Науково-дослідний інститут відео-термінальної техніки (м. Вінниця), ВАТ “Укртелеком” (м. Хмельницький) згідно науковим планам про творчу співдружность з підприємствами України. Розроблене програмне забезпечення можна застосовувати на всіх підприємствах, що випускають радіоелектронну апаратуру. Крім того, розроблено теоретичні положення та практичні рекомендації, які використовуються для організації навчального процесу на кафедрі обчислювальної техніки Вінницького національного технічного університету.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Юхимчук С. В., Перевозніков С. І., Савчук Т. О. Декомпозіційні стратегії діагностування цифрових пристроїв. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2001. - 176 с.

2. Байда Н. П., Перевозников С. И. Алгоритм декомпозиции электронных устройств для систем покомпонентного диагностирования // Электронное моделирование. - 1991. - Т.13, №2. - С.58 - 62.

3. Перевозников С. И. Сетевая модель в системах покомпонентного диагнос- тирования цифровых устройств // Электронное моделирование. - 1992.- Т.2, №2. - С. 69 - 74.

4. Перевозников С. И. Методика алгоритмического поиска начальных усло- вий покомпонентного диагностирования цифровых устройств // Электронное моделирование. - 1993. - Т.15, №2. - С. 65 - 70.

5. Байда Н. П., Перевозников С. И., Саллух А. М. Синтез проверяющих тестов для фрагментов комбинационных схем в системах покомпонентного диагностирования // Электронное моделирование. - 1993. - Т.15, №3. - С. 25-28.

6. Перевозніков С. І., Арапова О. М. Методика оцінки складності фрагментів цифрових схем у системах покомпонентного діагностування // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1994. - №4. - С. 21 - 24.

7. Перевозніков С. І., Савчук Т. О., Захарченко С. М., Москвіна С. М. Методика декомпозиції цифрових об'єктів з урахуванням фактору часу для систем покомпонентного діагностування // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1997. - №1. - С. 46 - 50.

8. Юхимчук С. В., Перевозніков С. І., Савчук Т. О. Методи адаптації програм тестового контролю в системах покомпонентного діагностування // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1997. - №3. - С. 48 - 51.

9. Перевозніков С. І., Бурштейн Е. О., Москвіна С. М., Орапова О.М. Аналіз методик декомпозицій цифрових обладнань в системах покомпонентного діагностування // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1997. - №4. - С. 9 - 13.

10. Байда Н. П., Перевозников С. И. Анализ сложности процесса декомпозиции при компонентном диагностировании цифровых устройств // Электронное моделирование. -1997. - Т.19, №2. - С. 65 - 73.

11. Перевозніков С. І., Савчук Т. О., Карач І. Ю. Особливості використання методу покомпонентного діагностування // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1998. - №1(3). - С. 116 - 120.

12. Перевозников С. И. Модели декомпозиционного представления структур цифровых устройств для систем покомпонентного диагностирования // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - №3. - С.133 - 136.

13. Перевозников С. И. Анализ свойств и характеристики компонентных структур цифровых устройств для систем внутрисхемного тестового диагностирования // Электронное моделирование. - 2001. - Т. 23, №3. - С. 70 - 78.

14. Перевозников С. И. Методика моделирования компонентных структур объектов систем внутрисхемного диагностирования // Реєстрація, зберігання і об-робка даних. - 2001. - Т.3, №2. - С.30 - 37.

15. Перевозников С. И. Модели связанных компонентных структур объектов систем внутрисхемного диагностирования // Реєстрація, зберігання і обробка даних. - 2001. - Т.3, №3. - С.32 - 42.

16. Перевозников С. И. Анализ стратегий упорядочения тестовых проверок компонентных структур цифровых устройств // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2001. - №4. - С.128 - 131.

17. Перевозников С. И. Анализ моделей покомпонентного представления ци- фровых устройств внутрисхемного диагностирования // Электронное моделирование. - 2001. - Т.23, №5. - С. 69 - 84.

18. Локазюк В. Н., Перевозников С. И. Алгоритм формирования компонентных структур цифровых устройств // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2001. - №1. - С.111 - 114.

19. Перевозников С. И. Композиционное представление фрагментов цифровых устройств в системах покомпонентного диагностирования // Электронное моделирование. - 2002. - Т.24, №5. - С. 87 - 97.

20. Перевозников С. И., Биличенко Н. А., Перевозникова Н. С. Стратегии тестового опроса компонентных структур цифровых устройств для систем внутрисхемного диагностирования // Вісник Технологічного університету Поділля.-2003. - Т.2, №3.- С. 84 - 90.

21. Перевозников С. И., Биличенко Н. А. Композиционно-декомпозиционный поход к тестированию цифровых устройств // Вісник Технологічного університету Поділля.-2003. - Т.2, №3.- С. 94 - 97.

22. Перевозников С. И., Биличенко Н. А., Перевозникова Н. С. Декомпозиционный подход к диагностированию цифровых устройств в условиях серийного производства // Реєстрація, зберігання і обробка даних. - 2003. - Т.5, №1. - С.47 - 60.

23. Локазюк В. М., Перевозніков С. І., Біліченко Н. О. Композиційний підхід до синтезу кільцевих структур цифрових пристроїв // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2003. - №3. - С. 63 - 69.

24. Перевозніков С. І., Біліченко Н. О., Озеранський В. С. Аналіз методів декомпозиційного представлення цифрових пристроїв для систем внутрішньосхемного діагностування // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2004. - №2. - Частина 1, Том 1. - С. 75 - 79.

25. Перевозников С. И, Биличенко Н. А., Озеранский В. С., Перевозникова Н. С. Разработка программного обеспечения для систем покомпонентного диагностирования цифровых устройств // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2003. - №2. - С. 132 - 138.

26. Способ контроля логических схем: А. с. 1562865 СССР, МКИ G 01 R31/28 / Байда Н.П., Локазюк В. Н., Перевозников С. И. - №4340189/24-21; Заявл. 08.12.1987; Опубл. 08.01.1990; Бюл. №17. - 6 c.

27. Пат. 1810 А UA МКІ G 01 R31/28. Спосіб контролю та діагностування цифрових схем / Байда М.П., Перевозніков С. І., Арапова О. М. - №9403283; Заявл. 22.03.94; Опубл. 18.02.97; Бюл. №3. - 3 c.

28. Пат. 21399 А UA МКІ G 01 R31/28. Спосіб контролю та діагностування цифрових схем / Байда М. П., Перевозніков С. І., Арапова О. М. - №94053216; Заявл. 24.05.94; Опубл. 24.12.97; Бюл. № 12. - 4 c.

Размещено на Allbest.ru