Поиск неисправности с применением сигнатурного анализа заключается в определении возможной области с неисправностью и проверки сигнатур до обнаружения неправильной сигнатуры. Пользуясь принципиальной схемой и таблицами сигнатур, неисправность прослеживают “назад” до получения правильной сигнатуры. Неисправность существует в той части схемы, которая находится между последней неправильной и первой правильной сигнатурами.

Тестирование ПЗУ в режиме свободного счета.

Хотя главное назначение свободного счета заключается в проверке системного ядра, он применим и для контроля ПЗУ. В режиме свободного счета на шине адреса переодически формируется все двоичные наборы. Подаваемая в ЦП холостая команда заставляет его выполнять операции считывания по каждому адресу. ПЗУ содержит только фиксированные команды, которые в режиме свободного счета последовательно выдаются на шину данных. Используя линию разрешения кристалла ПЗУ для сигналов пуска и останова, а управляющую линию READ для сигнала синхронизации анализатора, можно проверить содержимое любого системного ПЗУ.

Рис. 8. Тестирование ПЗУ в режиме свободного счета

Анализатор регистрирует только данные, относящиеся к проверяемому ПЗУ, хотя процессор сканирует все адресное пространство. На рис. 8 показано, каким образом в режиме свободного счета проверяется одна из системных ПЗУ с применением сигнатурного анализатора.

Аналогичный тест для микросхем ОЗУ применять нельзя, так как их содержимое не фиксировано, и для проверки работы ОЗУ разработаны другие тесты. Поскольку ЦП выполняет только операции считывания из памяти, невозможно проверить каналы ВВ, особенно в том случае, если ВВ отображен на адресное пространство памяти, в режиме свободного счета проверить можно, так как ЦП считает обращение к ним операциями считывания из памяти. При этом необходимо управлять входами в порты, для чего обычно применяется тестовый прибор с возможностью задания известных двоичных наборов. Для проверки выходных портов потребуется операция записи, которой в режиме свободного счета нет.

Тест–циклы сигнатурного анализа.

Для проверки тех частей системы, которые недоступны режиму свободного счета, необходимо написать и выполнить специальные программы. Каждая из них предназначена для проверки одной части системы, например входного порта, и обычно состоит всего из нескольких строк ассемблерного кода. Такие тест-программы сигнатурного анализа обычно помещаются в ПЗУ, которое находится в системе, но при нормальной работе не используется. Тест-ПЗУ приводится в действие либо переключением линии OE от первого системного ПЗУ с последующим сбросом системы, либо вводом в процессор команды RESTART и размещением тест-ПЗУ по адресу рестарта. Набор тест-программ обычно организован как цикл, который переодически выполняется при включении тест-ПЗУ в работу. В начале полного тест-цикла предусматривается формирование импульса на линии сигнала пуска сигнатурного анализатора, а в конце тест-цикла формируется импульс на линии сигнала останова анализатора. Часто для обоих сигналов пуска и останова используется одна и та же линия, что устраняет необходимость формирования отдельного сигнала останова. В микропроцессорах типа 8080/Z80 в качестве сигнала пуска-останова обычно применяется старшая линия А₁₅ шины адреса, а само формирование сигнала осуществляется фиктивной командой ввода или вывода. В этих микропроцессорах адреса портов ВВ формируются только в младьшей половине шины адреса, но адрес дублируется и на старшей половине шины. Поэтому считывание или запись в порт ВВ с адресом 80₁₆ вызовет появление импульса на линии А₁₅.

TESTLOOP:	DI	;Запретить прерывание
	IN 80H	;Выдать импульс при считывании
	OUT 80H	;Выдать импульс при записи

Приведенную простую последовательность команд (в мнемониках микропроцессора 8080) можно использовать для инициирования набора тест программ сигнатурного анализа. Команды IN и OUT вызывают появление импульса на линии A₁₅ сначала в операции считывания, а затем в операции записи. В зависимости от выполняемого теста вход синхронизации в сигнатурный анализатор подается с линии READ или WRITE шины управления.

Простой тест входного порта реализуется следующим образом:

Принцип теста заключается в сдвиге состояния логической “1” по всем восьми линиям ВВ выходного порта. Таким образом, до перехода к следующему тесту будет произведено 8 операций записи в выходной порт. При использовании линии A₁₅ для сигналов пуска и останова, а линии WRITE для входа синхронизации берутся сигнатуры с каждой выходной линии и сравниваются с задокументированными значениями. Аналогичный тест можно написать для проверки каждой входной линии входного порта, но вначале необходимо задать их известные состояния. Обычно для этого к входным линиям подключается тест-прибор, позволяющий устанавливать состояния входных линий.

Встроенные средства для сигнатурного анализа

В идеальном случае тестирование вычислительной системы с помощью сигнатурного анализа необходимо предусматривать еще на этапе проектирования. При разработке системы следует встроить средства реализации свободного счета и выбора тест-циклов­ из ПЗУ. Когда управляющие сигналы для анализатора должны формироваться из комбинации нескольких внутренних сигналов, следует ввести в систему необходимые схемы. После окончания разработки можно получить и задокументировать полные таблицы сигнатур для различных тестов.

Многие системы разработаны без всяких встроенных средств тестирования, но их можно приспособить для сигнатурного анализа. Прежде всего необходимо ввести схемы, реализующие режим свободного счета системного ядра, чтобы проконтролировать важнейшие компоненты компьютера или микропроцессорной системы. К счастью, в большинстве систем микропроцессор находится в панельки и его можно вынуть. Панелька микропроцессора имеет все сигналы и напряжения питания, которые требуются для реализации свободного счета. В простейшем случае нужно вынуть микропроцессор и вставить в его панельку переходник, в котором встроены разрыв шины данных и подача в микропроцессор холостой команды. После этого с другой стороны переходника вставляется микропроцессор. Для конкретного микропроцессора в отделе контроля нужно разработать переходник для встраивания в любую систему, в которой применяется данный микропроцессор. При эксплуатации нескольких систем с различными микропроцессорами потребуется изготовить соответствующие переходники для каждого микропроцессора. Таким образом, все возможности режима свободного счета реализуются в любой системе независимо от того, проектировалась ли она с учетом сигнатурного анализа или без учета его.

Тесты свободного счета проверяют только часть системы, а для стимулирования других ее частей необходимо написать и разместить в ПЗУ тест-программы. Обычный подход заключается в том, чтобы заменить первое системное ПЗУ на тест-ПЗУ. После сигнала системного сброса микропроцессор производит обращение к этому ПЗУ, и тест-программы проверяют всю систему.

Тест-программы сигнатурного анализа выполняются как последовательность коротких фрагментов, следующих друг за другом. По окончании последовательности процессор переходит к началу, образуя полный тест-цикл. Для локализации отказов в системе при проверке отдельных компонентов обычно требуются свои сигналы пуска и останова. Большинство этих сигналов уже имеется в системе; например, каждое ПЗУ можно проверить подключив к управляющим линиям пуска и останова конкретный сигнал выбора кристалла от дешифратора адреса. ОЗУ обычно проверяется путем выполнения первоначальной последовательности операций записи, в результате чего во всех ячейках ОЗУ будет храниться известный двоичный набор. Операции записи контролируют линии шины адреса, подключенные к ОЗУ, и линии шины управления, разрешающие работу микросхемы. Убедившись в функционировании этих линий, можно выполнить последовательность операций чтения, которые контролируют линии подключения шины данных и проверяемого ОЗУ. Любые сигналы используемые в качестве сигналов пуска и остнова сигнатурного анализатора, должны опираться на результаты предыдущих тестов, контролирующих систему по частям. Режим свободного счета проверяет системное ядро, а работоспособное ядро обеспечивает подлежащие проверке сигналы. В большинстве случаев успешный контроль свободного счета свидетельствует о правильном функционировании самого микропроцессора.

Ограничения сигнатурного анализатора

Сигнатурный анализатор регистрирует только те события, которые синхронны с сигналом синхронизации, используемым для получения сигнатур от узлов системы. Микропроцессор является синхронным конечным автоматом, и при сигнатурном анализе проверяется большинство его частей. Однако некоторые события происходят асинхронно с системной синхронизацией, и их нельзя проконтролировать с помощью сигнатурного анализа. Последовательная линия связи в стандарте RS232C обычно работает асинхронно с системной синхронизацией, что препятствует применению сигнатурного анализа. В этом случае на вход синхронизации анализатора можно подать сигнал синхронизации универсального асинхронного приемопередатчика и получить сигнатуры последовательной линии связи. Однако компьютер необходимо запрограммировать на выдачу в линию периодического сигнала, чтобы в тесте участвовала известная периодическая двоичная последовательность.

Компьютер в шинной структурой можно считать замкнутой системой с обратной связью, в которой по шине адреса осуществляется запрос данных, а реакция выводится с шины данных. Проблема в такой структуре заключается в том, что отказ распространяется по всей петле, вызывая получение кажущихся плохих сигнатур в тех местах, где отказ отсутствует. Сигнатурный анализ не показывает, в каком месте временного окна впервые возникает отказ, что можно было бы использовать для локализации неисправного компонента. Плохая сигнатура по истечении временного окна не показывает “историю” прослеживания отказа. Поэтому, когда много микросхем осуществляют вывод на общую шину и появляется неправильная сигнатура, сигнатурный анализ не может указать, в какой именно микросхеме возник отказ.

Усовершенствованной формой сигнатурного анализа явился трассовый анализ, который локализует отказ в окне пуска-останова. Сигнатурный трассовый анализатор программируется (обычно вручную) на последовательность промежуточных сигнатур и их моменты появления во временном окне. При работе прибора первое несовпадение измеренных данных с хранимой информацией заставляет сигнатурный трассовый анализатор остановитьс

я и индицировать момент появления ошибки. После этого отказа можно подазревать в той микросхеме, которая работала в момент его появления. Правильные данные для сигнатурного трассового анализа, как и сигнатуры, необходимо получить от заведомо исправной системы и задокументировать их. При этом сигнатуры разделяются на короткие секции с соответствующим увеличением объема документируемой информации. Однако дополнительная документация потребуется только для тех частей системы, которые невозможно адекватно проверить, пользуясь обычным сигнатурным анализом.

Заключение

Сигнатурный анализ представляет собой простой способ тестирования, заключающийся в проверке отдельных узлов схемы и сравнения их сигнатур с документированными значениями. Умелое его применение позволяет быстро идентифицировать неисправность в системе, а затем локализовать неисправный компонент.

Для сигнатурного анализа очень важна хорошая документация. Любые модификации в системе влекут за собой необходимость повторного получения всех сигнатур в системе, поэтому при ее модификациях и усовершенствованиях необходимо составлять скорректированные таблицы сигнатур. Важность поддержания своевременно обнавляемой документации невозможно переоценить. Часто системы модифицируются, а изменения в принципиальные схемы не вносятся. Это обстоятельство само по себе создает проблемы тестирования, но если не корректируются и таблицы сигнатур, сам способ оказывается неработоспособным и бесполезным, так как полученные сигнатуры не имеют смысла без соответствующих правильных документированых значений.

Список используемой и рекомендуемой литературы:

1. Уильямс Г.Б. Отладка микропроцессорных систем: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

   
   

2. Микропроцессоры: системы программирования и отладки / В.А.Мясников, М.Б.Игнатьев, А.А.Кочкин, Ю.Е.Шейнин; Под ред. В.А.Мясникова, М.Б.Игнатьева. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

   
   

3. Фергусон Дж., Макари Л., Уилльямз П. Обслуживание микропроцессорных систем: Пер. с англ.– М.: Мир, 1989.

   
   

4. Кирьянов К.Г., Соловейчик Э.Б. К проэктированию РЭА, ориентированной на диагностику сигнатурным анализом. – Техника средств связи. Сер. Радиоизмерительная техника, 1980, вып. 1 (26), с 9 - 84.

   
   

5. Пароль Н.В., Кайдалов С.А. Знакосинтезирующие индикаторы и их применение: Справочник. – М.: Радио и связь, 1989.

   
   

6. И.И.Петровский, А.В.Прибыльский, А.А.Троян, В.С.Чувелев. Логические ИС КР1533, 1534. Справочник. В двух частях. Часть1, 2.

   
   

7. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учебное пособие для втузов.­– СПб.: Политехника, 1996.

36