Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.ru

в аппаратных средствах или в программном обеспечении

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2015-07-05


22

Проблемы контроля структурных компонентов МПС.

Двойственная природа МПС при возникновении отказа ставит проблему: где неисправность - в аппаратных средствах или в программном обеспечении. Часто на этот вопрос ответить не просто, т.к. характер отказа может препятствовать выполнению текстового диагностирования. Дефект в линиях управления МП может препятствовать выполнению любой программы, а отказ в операционной системе может не допустить загрузку и выполнение тестовой программы. Проблема определения, где неисправность – в АС или ПО, показывает разработчикам МПС о необходимости включения средств контроля, которые значительно могут упростить эксплуатацию и ТО.

Средства отладки по функциональному назначению подразделяются на:

  •  средства отладки АС
    •  средства отладки ПО
    •  средства комплексной отладки   
  1.  В соответствии со структурой МПС и ЭВМ выделим основные узлы МП, наиболее часто подвергающиеся дефектам:
    1.  Шины адреса, данных, управления. Информация пересылается по магистралям с параллельной шинной организацией и последовательно во времени. Поэтому каждый крейт информации существует только в течение очень короткого временного интервала - 100-250нс (один период системной синхронизации), а затем заменяет другим. Обычные контрольно-измерительные приборы (например, осциллограф) не рассчитаны на восприятие и индикацию такой информации, поэтому необходимы специальные приборы, которые могли бы фиксировать и идентифицировать состояние линий в такой магистрали.
    2.  Мультиплексирование шины.   Ограничение на размеры корпусов БИС в частности микропроцессоров, приводят к тому, что для всех сигналов на корпусе БИС не хватает внешних выводов. При этом некоторые выводы приходится использовать для нескольких функций → необходимость мультиплексирования (разделения) сигналов во времени. При мультиплексировании шины усложняется  процесс регистрации информации, так как в любой момент времени приходится решать, какая информация находится на мультиплексируемой линии или линиях, т.е. необходимо применять специальные приборы, так как обычные контрольно-измерительные приборы совершенно не приспособлены к демультиплексированию информации в таких линиях.
    3.  Проблема тестирования микросхем. Для полной проверки системы команд МП необходимое число тест-комбинаций определяется следующим образом: С = 2m*n, где n – длинна слова в битах, m – число команд в системе команд.

Рассмотрим, к примеру, МП КР580 имеющий 8-битную шину данных и примерно 76 команд:

С = 28*76=2608=10183;

Пусть каждый тест идет 1мкс, тогда для проведения всех тестов потребуется:

t=10183 * 10-6=10177с.

В 365-дневном году 3*107с. Поэтому полное время проверки: t=0,3*10170 лет, а возраст Земли ~ 4,7*109 лет, поэтому невероятно, чтобы микропроцессор «выжил» хотя бы ничтожную часть требуемого времени, и уж наверняка он превратится в пыль до истечения вычисленного срока.

Поэтому каждый существующий МП никогда не проверялся и не может быть проверен полностью; в лучшем случае для проверки его функционирования применялось весьма ограниченное подмножество команд и двоичных наборов. Существуют теоретические и практические  разработки по минимизации и функциональной полноте тестового контроля МП.

  1.  Системное ядро. Для поддержки работоспособности системы не должно быть отказов в некоторых ее компонентах. Эти компоненты в совокупности называют системным ядром, и в него обычно входят:  ЦП, генератор синхронизации, шина управления и шина адреса.

μ-ЭВМ можно рассматривать как ядро, окруженное периферийными съемами,  и ядро должно работать, чтобы проверить остальные компоненты системы.

Системное ядро проверяется методом задания «холостой» команды при помощи отсоединения шины данных и подачи на нее кода команды МП (системное ядро переводится в режим свободного счета). ЦП осуществляет операцию считывания из памяти для выборки следующей команды. Она всегда интерпретируется как «холостая» команда, что заставляет ЦП перейти к следующему адресу памяти и произвести еще одну операцию считывания. ЦП вынужден считывать команду «нет операции» из каждой ячейки памяти, в результате чего на шине адреса формируются все возможные двоичные коды. При просмотре сигналов в каждой линии шины адреса можно установить факт ее отказа, проявляющийся в замыкании на землю или на питание, в обрыве линии или в замыкании на другую линию шины адреса.

Если по линиям шины адреса передаются правильные сигналы, можно считать, что системное ядро функционирует. Отказ в системном генераторе синхронизации или неисправная линия шины управления почти наверняка не дадут правильной работы в режиме свободного счета и заставят обслуживающий персонал исследовать различные части системного ядра. Тест свободного счета обеспечивает простой метод тестирования некоторых важных компонентов микропроцессорной системы и применим к любому микропроцессору. Режим свободного счета имеет также большое значение для сигнатурного анализа.

Тестирование ЦП. Являясь одним из наиболее сложных компонентов МПС, ЦП оказывается и наиболее надежным. Как уже говорилось, ЦП невозможно проверить полностью, что заставляет их изготовителей ограничиваться функциональным тестированием микросхем. Простейший вид тестирования ЦП при отладке – перевод системы в режим свободного счета. Он показывает, что ЦП правильно считывает команду с шины данных, формирует адресные наборы на шине адреса и правильно реагирует на сигналы системной синхронизации. Контролируя сигналы в линиях системной шины, например в линии R/, можно частично проверить шину управления.

Почти всегда тестирование осуществляется с помощью некоторой стимулирующей программы, контролирующей систему, а это предполагает способность ЦП выполнять тестовое диагностирование устройств МПС.

Отказавший ЦП не может проверить самого себя, что заставляет разработчика МПС, который должен предусмотреть возможность контроля ЦП, включить в систему второй ЦП только для проверки нулевого ЦП. При этом повышается сложность МПС, снижается ее надежность и поэтому данный подход в «чистом» виде применяется редко.

Однако идея использования одной МПС для контроля другой  оказалась жизнеспособной, и большинство сложных систем тестового значения сами имеют встроенные МП.

  1.  Тестирование ПЗУ. Типы ПЗУ(по способу загрузки в них программы, т. е. по способу их программирования):  
    •  масочнопрограммируемые:

содержимое «записывается» рисунком топологии взаимосвязей в ходе технологического процесса изготовления ПЗУ, хранимые двоичные коды зафиксированы фотошаблоном окончательной металлизации, и после герметизации корпуса изменить хранимые программы невозможно.

  •  однократно программируемые (ППЗУ):

относится к тем микросхемам, в которых запоминание двоичных кодов программы осуществляется с помощью плавких перемычек. Каждый хранимый в микросхеме бит содержится в «элементе памяти», состоящем из одного транзистора. Обычно применяется биполярный транзистор с плавкой перемычкой в цепи эмиттера. В процессе программирования перемычки либо сохраняются нетронутыми, либо расплавляются проходящим через них током около 1 А. ППЗУ программирует пользователь, а в поставляемой микросхеме имеются все плавкие перемычки. Пользователь селективно «выжигает» перемычки, формируя двоичные коды прикладной программы, и после этого изменить хранимые коды нельзя, что свойственно для ПЗУ. Строго говоря, некоторую модификацию программы можно осуществить и после программирования ППЗУ, так как сохранившиеся перемычки можно разрушить при повторной операции программирования. Примером может служить ситуация, когда какая-то константа при первом программировании была неизвестна и все соответствующие перемычки остались целыми. После определения константы осуществляется повторное программирование ППЗУ.

  •  У/Ф и электрически перепрограммируемые ПЗУ:

В микросхемах стираемых, программируемых ПЗУ (СППЗУ) допускается стирание их содержимого, обычно при помощи ультрафиолетового излучения с фиксированной длиной волны, а электрическое программирование их осуществляет пользователь. Таким образом, благодаря стиранию и репрограммированию в СППЗУ можно хранить и модифицировать хранимые программы.

Микросхемы электрически изменяемых ПЗУ (ЭИПЗУ), которые называются памятью в основном со считыванием, допускают репрограммирование при обычном использовании их в вычислительной системе. Они были разработаны для удовлетворения потребности в энергонезависимых ЗУПВ.

Выбор типа ППЗУ зависит от объема выпуска и назначения МПС. При малом объеме выпуска и в процессе разработки СППЗУ представляют собой довольно гибкую, хотя и относительно дорогую память. В ЭВМ II поколения – ферритовая энергонезависимая память.

Способ проверки содержимого ПЗУ –  метод контрольной суммы (SHECKSUM). Результат хранится в последней ячейке ПЗУ. Тест-программа контрольной встраивается в системную программу, и она работает по включению питания. Программа суммирует все содержимое ПЗУ, за исключением последней ячейки, а затем сравнивает свой результат с содержимым последней ячейки. Этот способ обеспечивает простую и эффективную проверку микросхем ПЗУ с фиксированной хранимой информацией.

Способ CHECKSUM применим к микросхемам с любой емкостью, если суммировать все их содержимое, за исключением последней ячейки, и игнорировать возникающие переполнения. Существует вероятность многократной  ошибки, которая может дать результат равный байту истинного результата. Вероятность снижается при сигнатурном способе определения контрольной - сигнатуры.

  1.  Тестирование ОЗУ. В отличие от ПЗУ содержимое ОЗУ не фиксировано, поэтому простой тест CHECKSUM для них не применим.

Имеются два основных типа ОЗУ:

  •  статическое:

каждый бит записан в «запоминающий элемент», который сохраняет свое состояние до записи в него противоположного логического состояния;

  •  динамическое:

запоминающий элемент имеет более простую структуру, что увеличивает емкость микросхемы, но со временем информация из него исчезает. Обычно в динамическом ОЗУ бит хранится в виде заряда на емкости затвор — исток МОП-транзистора. Этот заряд исчезнет, если его периодически не восстанавливать в цикле регенерации. Большинство динамических ОЗУ должно иметь период регенерации 2 мс. Для регенерации динамических ОЗУ в системе предусматриваются дополнительные цифровые схемы. Чтобы устранить этот недостаток, были разработаны микросхемы ОЗУ со встроенными схемами регенерации. Эти микросхемы называются квазистатическими, так как, являясь динамическими ОЗУ, они взаимодействуют с остальными компонентами системы как статические.

Для контроля ОЗУ существует несколько алгоритмов:

  •  шахматная доска – общая проверка ОЗУ и определение старшего адреса в МПС:

Для проверки микросхем ОЗУ необходимо записать данные в каждую ячейку, а затем считать их. Если считанный из ячейки двоичный код совпадает с записанным, полагается, что ячейка исправна. Записываемые и считываемые из ОЗУ коды называются ШАХМАТНОЙ ДОСКОЙ, так как в них логические состояния чередуются, как черные и белые клетки на шахматной доске. Обычно для проверки применяются наборы 01010101 (5516) и 10101010 (АА16).

Тест ШАХМАТНАЯ ДОСКА применяется для проверки ОЗУ после включения питания и позволяет определить старший адрес ОЗУ в системе. Многие вычислительные системы поставляются в виде базовой модели с минимальным ОЗУ, которое можно расширять до допустимого в системе максимума путем подключения дополнительных микросхем ОЗУ. Следовательно, емкость ОЗУ в системе может варьироваться от минимума в базовой модели до допустимого максимума. Тест-программа записывает шахматный набор в каждую ячейку ОЗУ, начиная с известного минимального адреса ОЗУ, и продолжает проверку по всем ячейкам до обнаружения ячейки, из которой тест-набор не считывается. Эта ячейка в системе имеет адрес, на единицу больший максимального адреса ОЗУ, и, следовательно, определяет верхнюю границу ОЗУ в системе. Обычно после этого теста емкость доступного пользователю ОЗУ индицируется для оператора на видеодисплее как адрес верхней границы. Если показываемое значение меньше ожидаемого, можно предположить наличие отказавшей микросхемы, и индицируемый адрес помогает найти эту микросхему.

Во многих случаях вместо тест-наборов 55 и АА применяются более простые тест-наборы 00 и FF. Хотя шахматные наборы и служат простым средством первоначальной проверки микросхемы ОЗУ, они не являются исчерпывающим тестом.

  •  бегущая единица, ноль:

когда проверяется система с подозрением на отказ ОЗУ, то запускается более жесткий тест, который заключается в записи и последующем считывании кодов «шагающих единиц»:

0000 0000

0000 0001

0000 0010

0000 0100

0000 1000

0001 0000

0010 0000

0100 0000

1000 0000

Такой тест позволяет обнаруживать любую чувствительность соседних линий данных к перекрестным наведенным помехам, которые проявляются в 2-х соседних разрядах данных при считывании из проверяемой ячейки состояния 1.

В микросхеме ОЗУ линии, несущие информацию о данных и адресе, расположены очень близко друг к другу, а внутренняя топология может вызвать эффект «чувствительности к наборам». Этот эффект, в котором конкретный двоичный код вызывает наводку на другие линии адреса и данных, часто не обнаруживается шахматными кодами. К счастью для большинства пользователей, чувствительные к наборам микросхемы обычно обнаруживаются при разработке или при выборочном контроле в процессе производства. Интерференция часто возникает между линиями шины адреса из-за короткого замыкания линий вне микросхемы ОЗУ или из-за внутреннего отказа.

  •  тест адресных шин – проверка перекрестных  помех по адресным линиям:
    •  обнуляется вся память (во все ячейки ОЗУ записывается код 00)
    •  записывается код FF по адресу 0001 и осуществляется проверка ячеек микросхемы на считывание кода 00
    •  если тест проходит, первая ячейка сбрасывается на 00, код FF записывается только по адресу 0010 и все остальные ячейки вновь проверяются на считывание кода 00
    •  если при считывании ячейка не дает результат 00, следует предположить «относящийся к адресу» отказ либо в самой микросхеме, либо во внешних линиях шины адреса. Подозреваемые бит или биты в шине адреса находятся с помощью операции исключающего ИЛИ выявленных параллельных адресов (начального адреса ОЗУ и адреса, по которому произошло неправильное считывание). Пусть, например, базовый адрес проверяемого ОЗУ равен 8016, а отказ обнаружен в ячейке C816. Подозреваемые линии шины адреса находятся с помощью операции исключающего ИЛИ:

В данном случае подозрительными оказываются линии А3  и А6. После этого следует проверить и локализовать отказы на обнаруженных линиях и (или) в микросхеме ОЗУ путем ее замены.

  •  тест-галоп.
    1.  Тестирование устройств в/в. Передача информации вв/выв УВВ осуществляется при помощи интерфейсов.

Интерфейс – совокупность унифицированных аппаратных, программных  и конструкторских средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных компонентов в системах, при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной электрической и  конструкторской совместимости компонентов.

Особенностью тестирования КУВВ – необходимость КПА или в минимальном случае кабели связи для организации петли обратной связи.

Технический диагноз для КУВВ регистрируется:

  1.  визуально (для устройств отображения информации)
  2.  с помощью оператора (клавиатура)
  3.  КПА приема и передачи информации (панели вв/выв)
  4.  закольцевание канала ввода на канал вывода (некоторые БИС имеют внутреннюю обратную связь между входом и выходом программно реализуемую; пример: СБИС 1515хМ1-050. Контроллер мультиплексного последовательного канала ОРПС).

Вторая особенность: в них наиболее вероятны отказы из-за электрических перегрузок.

Некоторые общесистемные проблемы. Типичные отказы в МПС.

Блоки электропитания –  наиболее подвержены электрическим перезагрузкам и отказам.

Рис. Структура блока питания импульсного ИВЭП:

         

 


Первая проблема. В ТЗ на МПС уровень питающего  напряжения задается в конкретной точке подключения. При пониженном напряжении или высокой динамики удаленная МПС будет работать неустойчиво, поэтому при отладке необходимо проверить питающее напряжение в точке подключения.

В типичном компьютере для питания логических элементов применяются источники с напряжением 5В и током более 5 А. В больших системах нагрузочная способность блоков электропитания по току достигает десятков и сотен ампер. В стандартных конструкциях для получения столь больших токов требуются громоздкие трансформаторы, мощные выпрямители и большие сглаживающие конденсаторы, а также схемы стабилизации выходного напряжения. Обычно в блок питания встраиваются схемы защиты от перегрузок по напряжению и току, чтобы предотвратить отказы в компонентах системы при выходе из строя самого блока питания. С целью уменьшения размеров низковольтных и сильноточных блоков питания их традиционные схемы вытесняются схемами блоков, работающих в режиме коммутации (импульсные блоки питания). В таких блоках выпрямленное напряжение сети переменного тока подается на высокочастотный генератор (работающий обычно с частотой 20 кГц). Высокочастотные колебания преобразуются, выпрямляются и сглаживаются, обеспечивая низковольтное питание. Главное достоинство данного способа заключается в том, что трансформатор для высокочастотных сигналов при заданной мощности оказывается гораздо компактнее трансформатора, рассчитанного на частоту 50 Гц. В результате уменьшаются габариты всего блока питания.

Во многих системах требуются блоки питания на ±12 В для схем синхронизации, некоторых микросхем СППЗУ и схем интерфейса RS232C.

Обычно полный выход из строя блока питания можно легко обнаружить по очевидным признакам, например по выключению всех индикаторов в системе, и проверить с помощью цифрового вольтметра. Блок питания может казаться вышедшим из строя, если отказ в некотором блоке системы вызывает чрезмерное потребление тока. Если блок питания оборудован защитой от перегрузки по току, он может значительно повысить напряжение, но ограничить отдаваемый ток. Когда потребление тока превысит предельное значение, поведение системы станет хаотичным.

Многие блоки вычислительной системы критичны к уровням питающих напряжений и допускают лишь незначительные отклонения от их номинальных значений. Микросхема с номинальным питанием 5 В обычно допускает колебания напряжения в диапазоне 4,75—5,25 В, а вне его работает неустойчиво. Такая чувствительность к напряжению питания становится весьма критичной в тех системах, блоки которых удалены друг от друга.

Предположим, что система состоит из двух подсистем; пусть подсистема А находится в той же приборной стойке, в которой размещен блок питания, а подсистема В удалена от блока питания. Обе подсистемы подключены к блоку питания с помощью стандартного 7-жильного ленточного (плоского) кабеля, имеющего удельное сопротивление 0,06 Ом/м. Подсистема В расположена в 3 м от приборной стойки, в которой находятся подсистема А и блок питания. Для компенсации падения напряжения в кабеле в блоке питания предусмотрен «чувствительный» элемент, позволяющий устанавливать номинальное значение напряжения в некоторой удаленной точке. Выходное напряжение блока питания должно быть больше номинального значения на величину, равную падению напряжения в кабеле питания и в возвратном кабеле. Вход чувствительного элемента потребляет незначительный ток, и падение напряжения на соответствующем проводнике считается равным нулю.

Рассматриваемая нами ситуация представлена на рисунке:

Рис. Один блок питания в распределенной системе

Если в подсистеме В установлено номинальное напряжение, то напряжение на зажимах блока питания должно быть

V = Vb+2Vc ,

где Vс — падение напряжения на одном из кабелей, соединяющих подсистему В с блоком питания. Если подсистема В потребляет по питанию 1 А, падение напряжения на каждом кабеле составит 0,18В, поэтому для получения в подсистеме В напряжения 5В на выходе блока питания придется установить напряжение 5,36 В. Таким образом, оно на 0,36 В выше напряжения питания в подсистеме В. Если предположить, что подсистема А расположена достаточно близко к блоку питания и сопротивлением соединительных кабелей можно пренебречь, напряжение питания в подсистеме А будет 5,36 В. Изменения потребляемого подсистемой В тока вызовут флуктуации напряжения питания, чтобы компенсировать изменения в падении напряжения на кабеле и поддерживать Vb на номинальном значении 5 В. Изменяющийся уровень напряжения подается в подсистему А и может вызвать ее хаотичное поведение, если напряжение питания выйдет за допустимые границы. На практике чувствительный вход соединяется с зажимом + блока питания, поэтому блок питания сам поддерживает выходное напряжение на некотором определенном уровне. Подсистема А достаточно близка к блоку питания, и ее напряжение питания оказывается номинальным. Однако питание в подсистеме В не только будет меньше номинального значения, но и будет изменяться вместе с изменениями потребляемого тока. При таких условиях удаленная подсистема В будет работать неустойчиво, и оператор начнет ее проверять, при этом обычно забывают просто измерить напряжение питания.

Единственное приемлемое решение рассмотренной проблемы заключается в том, чтобы в удаленной подсистеме предусмотреть отдельный блок питания, т.е. сделать распределенную систему питания. При этом бывает достаточно ввести в имеющийся блок питания дополнительный стабилизатор.

Вторая проблема – короткие замыкания в развязывающих конденсаторах. В логических схемах на каждые два логических элемента между шинами питания включается развязывающий конденсатор емкостью 0,1 мкФ. В любой мало-мальски сложной системе появляется множество таких конденсаторов, разбросанных по схемным платам. Чтобы обеспечить в схемной плате средство хранения заряда, часто применяются малогабаритные танталовые конденсаторы значительной емкости. Обратные выбросы напряжения, наведенные в шинах питания, вызывают короткие замыкания в танталовых конденсаторах, что ведет к отключению блока питания из-за перегрузки.

На рисунке ниже показана ситуация, возникающая при коротком замыкании одного развязывающего конденсатора. Если блок питания остается включенным (при наличии в нем схемы ограничения тока), весь ток течет через не исправный конденсатор С2. Все развязывающие конденсаторы включены параллельно, что затрудняет поиск отказавшего конденсатора из-за большого числа подозреваемых конденсаторов.

Обычное решение заключается в том, чтобы изолировать секции на схемной плате путем разрезания печатных шин питания и проверить каждую секцию на короткое замыкание. Ясно, что этот подход связан с повреждением схемной платы, которую после отыскания и замены отказавшего конденсатора придется ремонтировать. Как альтернативу можно предложить способ с подачей в шины питания постоянного тока и прослеживанием пути тока с помощью чувствительного цифрового вольтметра.

На практике воспользоваться этим способом затруднительно, так как шины питания редко проложены упорядоченно и их неудобно прослеживать. Кроме того, уровень напряжения определяется значением постоянного тока, сопротивлением медных шин и расстоянием по шине между входными контактами вольтметра. На рисунке представлен идеализированный случай, когда вольтметр А дает показание благодаря падению напряжения на печатном проводнике, а вольтметр В вообще ничего не показывает:

Рис. Обнаружение неисправного конденсатора с помощью цифрового вольтметра

Второй возможный способ обнаружения таких отказов (более рациональный) – с помощью индикаторов тока.

Система синхронизации. Генератор прямоугольных импульсов, который управляет действиями микропроцессора и всех остальных компонентов вычислительной системы, называется системным генератором синхронизации. Он участвует в каждой операции, происходящей в системе, и формирует базовый временной интервал, в течение которого может происходить событие. Отказы в генераторе либо полностью выводят систему из строя, либо приводят к бессмысленным и неопределенным программным последовательностям.

Имеется множество вариантов реализации схем генераторов синхронизации — от простых RС-схем до высокостабильных кварцевых генераторов. В МПС применяются генераторы с кварцевой стабилизацией, обеспечивающие точную и стабильную частоту синхронизации.

Если системный генератор синхронизации работает слишком быстро или слишком медленно, то это отражается на устойчивости работы микропроцессорных систем. Для достижения максимальной производительности МП обычно работает на предельно допустимой частоте синхронизации fmax и любой уход вверх может привести к неработоспособности. Большинство микропроцессоров допускает частоту синхронизации меньше максимальной, но если частота слишком мала, а в системе применяются динамические ЗУ, то это может привести к потере информации в ЗУ. Обе рассмотренные проблемы возникают с большей вероятностью, когда вместо генератора с кварцевой стабилизацией используется RС-генератор. Однако и кварц иногда возбуждается на третьей гармонике, формируя более высокую, чем ожидается, частоту синхронизации.

Во многих МП требуются многофазные и не перекрывающиеся сигналы синхронизации, иногда имеющие несовместимые с ТТЛ уровни. Для КР580ИК80 требуется 2-х фазные сигналы синхронизации, которые формируются при помощи БИС 580.

Схемы синхронизации варьируются от прямого подключения кварца или RC-цепочки к БИС МП до специализированных БИС.

Параметры сигналов синхронизации проверяются довольно просто, с помощью частотомеров и осциллографов  (универсальные приборы).

Схемы сброса. Схема сброса микропроцессора при включении питания может привести к неправильной работе. Импульс сброса, который должным образом не сформирован (слишком короткая длительность, сильно забит помехами, имеет растянутый фронт), может вызвать неправильную последовательность сброса, частичный сброс или совсем не произвести сброс. В схемах сброса, подверженных помехам по цепям питания, может быть инициирован частичный сброс с неопределенным поведением микропроцессора. Выключение системы и быстрое последующее включение могут привести к такому же ее поведению, вызывая сбой в питании микропроцессора, когда его вход сброса удерживается в состоянии логической 1 конденсатором большой емкости. При этих условиях микропроцессор не сбрасывается, а его внутренние схемы находятся в неопределенных состояниях, что приводит к непредсказуемому поведению микропроцессора.

Рис. Типичная схема сброса при включении питания:

                                             


                                                                                   
                                             

При включении системы (Uпит) большая постоянная времени τ=R*C заставляет сигнал на входе  находиться в состоянии логического 0 после того, как на микропроцессор подано номинальное электропитание, что инициирует в МП последовательность сброса при включении питания, которая обычно длится около 20 тактов синхронизации и инициализирует внутренние регистры МП. Например, в МП Z80 программный счетчик сбрасывается в 0, в результате чего МП  начинает работать с нулевой ячейки адреса.

Продолжительность сброса  и осуществляемые им действия специфичны  для каждого МП. Микропроцессор остается в процессе сброса до тех пор, пока конденсатор в схеме сброса не зарядится так, что микропроцессор воспримет напряжение на нем как состояние логической 1.

Для сброса  МП в процессе работы используется кнопка, параллельно конденсатору, с помощью которой конденсатор разряжается, и на входе  появляется состояние логического 0.

Рассмотренная простая схема сброса может вызвать хаотичное поведение микропроцессора, если помеха приводит к моментальному отключению питания микропроцессора. При действии помехи конденсатор в схеме сброса не успевает разрядиться через резистор, сохраняя на входе  состояние логической 1, а состояние регистров микропроцессора искажается. Когда питание восстанавливается, микропроцессор продолжает работу с каких-то произвольных состояний внутренних регистров (сбой).

Наиболее вероятной причиной помехи в питании, достаточной, чтобы вызвать такое поведение, является моментальная неисправность в сети электропитания. Она часто называется «коричневым отключением» в отличие от более продолжительной неисправности, называемой «черным отключением». Кратковременные помехи по сети – случайные и непредсказуемые события, поэтому в больших МПС требуются схемы обнаружения отказа сети,  чтобы  МПС могла упорядоченно отреагировать на отказ.

Для этого в системах питания используются:

  1.  конденсаторы большой емкости (22000 мкф), поддерживающие номинал электропитания в течение некоторое время после отказа в сети;
  2.  резервное аккумуляторное питание.

В системах, где потеря информации недопустима, необходимо предусмотреть программно-аппаратные средства, чтобы μ-ЭВМ до полного отключения сетевого питания успела запомнить и сохранить информацию упорядоченным образом (прерывание по питанию и программа обработки этого прерывания).

Схемы обнаружения неисправности сети обычно подсчитывают частоту сети, чтобы зафиксировать пропадание нескольких циклов и затем сформировать управляющий сигнал, инициирующий упорядоченное выключение вычислительной системы. В небольших системах дополнительные схемы обнаружения неисправности сети обычно не оправданы, но их можно заменить более простыми схемами, которые контролируют напряжение питания.

При первоначальном включении питания (см. рис.) на входе  поддерживается низкий уровень с помощью обычной RС-цепочки сброса.

Рис. Схема обнаружения неисправности питания

Если возникает помеха, которая переводит питание на низкий уровень и затем восстанавливает его, запускается КМОП-одновибратор, формирующий сигнал сброса в микропроцессор и инициирующий последовательность сброса. Одновибратор запускается нарастающим фронтом, соответствующим восстановлению питания, и имеет на входе триггер Шмитта, способный срабатывать от растянутого фронта изменяющегося уровня напряжения в цепи питания. КМОП-одновибратор на время действия помехи остается с питанием благодаря диоду D1 и заряженному конденсатору С2. Схема на рисунке применяется для подавления относительно кратковременных помех. Эту схему можно также использовать и для борьбы с более длительными помехами, если параллельно конденсатору С2 подключить заряжаемый никель-кадмиевый аккумулятор.

Схемы сброса при включении питания можно проверить с помощью запоминающего осциллографа или логического анализатора. Постоянный низкий уровень на входе  микропроцессора фиксирует его в состоянии сброса и создает впечатление полностью нефункционирующей системы. Подобный отказ может возникнуть из-за замыкания на землю печатного проводника, идущего на вход , из-за неисправной микросхемы, подключенной к этой же линии, или из-за короткого замыкания в конденсаторе.

Прерывания. Векторные и радиальные. Маскируемые и немаскируемые.

Линии прерывания, подверженные помехам или «зависшие» в одном состоянии могут вызывать в МПС неисправность – обслуживание несуществующего запроса прерывания.

Структуры прерываний в микропроцессорах варьируются от простых схем с фиксированными входами, которые опрашиваются микропроцессором для определения источника прерывания, до сложных схем с программируемыми входами, реализующих механизм векторных прерываний. Число входов прерываний в 8-битных микропроцессорах изменяется от одного (вход ) до пяти, как, например, в микропроцессоре 8085 фирмы Intel. Большинство микропроцессоров имеют два входа прерываний INT и , причем вход немаскируемого прерывания имеет больший приоритет.

Большинство входов прерываний в микропроцессорах воспринимают задний фронт (спад) сигнала, и изменение состояния из логической 1 в состояние логического 0 вызывает установку внутреннего триггера. Когда микропроцессор завершает выполнение текущей команды, он проверяет состояние этого триггера и, если он установлен, инициирует последовательность прерывания. Однако некоторые входы прерываний, например вход RST6.5 в микропроцессоре 8085, реагируют не на фронт сигнала, а на уровень, и поэтому при отказе микропроцессор блокируется в процедуре обслуживания прерывания. Если, например, вход RST6.5 закорочен на шину питания, микропроцессор передает управление ячейке памяти 003416 и непрерывно выполняет начинающуюся в этой ячейке процедуру обслуживания прерывания.

Программируемые  БИС вв/выв, которые могут вызывать прерывания в МПС, обычно имеют внутренние триггеры-защелки прерываний, устанавливаемые и сбрасываемые отдельно от триггера прерывания в микропроцессоре. Триггеры прерывания БИС вв/выв устанавливаются внешним сигналом запроса прерывания, а сбрасываются каким-либо сигналом подтверждения прерывания от микропроцессора, когда он начинает обслуживать запрос (VIRO, SAK). В некоторых МП не хватает выводов для всех управляющих сигналов, поэтому применяется мультиплексирование. Например в МП Z80 сигнал подтверждения прерывания формируется с помощью двух управляющих линий, обычно выполняющих другие функции. Низкие уровни на линиях  и  образуют сигнал подтверждения прерывания; такой ситуации при обычном выполнении программы не возникает.

Микросхемы памяти

Неисправности в памяти вызывают хаотическое поведение микропроцессорной системы разнообразными способами. Отказ может вывести из строя всю микросхему памяти или вызвать неправильное функционирование одного бита. Последствия отказа зависят от типа микросхемы и ее местоположения в карте адресов памяти.

Отказ в микросхеме ПЗУ, в общем, приводит к катастрофическим последствиям, так как в ПЗУ обычно хранятся фиксированные системные программы, которые должны функционировать правильно. Отказавший бит может находиться в неиспользуемой части микросхемы и не даст видимого эффекта, хотя наиболее вероятный результат заключается в том, что микропроцессор считает искаженное слово как ошибочный код операции и попытается выполнить какую-то бессмысленную программную последовательность.

Отказы в СППЗУ могут возникать из-за частого перепрограммирования микросхемы. При программировании СППЗУ может произойти пробой каналов МОП-транзисторов, что после некоторого числа операций репрограммирования вызывает выход микросхемы из строя. В некоторых СППЗУ, например в микросхемах 1702А и 2708, такая ситуация обнаруживается по нереагирующим выводам.

ППЗУ с плавкими перемычками отказывают по причине «зарастания». В первых ППЗУ применялись нихромовые перемычки, которые после расплавления должны оставаться разомкнутыми, но спустя некоторое время они восстанавливали электрическую проводимость. Разумеется, при «зарастании» значения хранимых бит изменяются. В последующих микросхемах ППЗУ нихромовые перемычки были заменены поликремниевыми, в которых при программировании образуется слой непроводящей двуокиси кремния; эффект «зарастания» в них отсутствует.

Однобитные отказы в ОЗУ, предназначенном для хранения данных, обычно не являются катастрофическими, но приводят к так называемым «сбоям». Сбой представляет собой ошибку из-за использования в вычислениях ошибочного значения данных. Результат окажется неожиданным, но из-за него систем а вряд ли выйдет из строя. Если не применять для проверки ОЗУ при включении питания тест-программу из ПЗУ, то такие ошибки обнаружить затруднительно.

Отказ в ОЗУ, выполняющем функции системного стека, оказывается катастрофическим, так как при возврате из подпрограммы или после выполнения процедуры обслуживания прерывания микропроцессор перейдет к неопределенной ячейке памяти.

При диагностике отказов в ОЗУ необходимо учитывать возможность отказов в схемах регенерации динамических ОЗУ.

Затухания сигналов. В МПС к магистрали подключено большое количество микросхем, поэтому:

  1.  необходимо обеспечить нагрузочную способность
  2.  когда МП формирует на линии сигнал, он распространяется по линии от микропроцессора ко всем подключенным микросхемам. Каждая подключенная к линии микросхема оказывается неоднородностью в полном характеристическом сопротивлении линии и вызывает отражение сигнала. В течение короткого временного интервала распространяющийся в линии сигнал подвергается многократным отражениям и генерации из-за несогласованных подключений к линии. Поэтому в  МПС отводится минимум один такт синхронизации для стабилизации новых состояний линий при выдаче на них информации (окончание переходных процессов).

Близко расположенные на схемной плате линии подвержены перекрестным наводкам из-за многократных отражений, которые оказываются критичными для соседних сигнальных линий, несущих сигналы синхронизации и сигналы разрешения работы микросхем. Длинные, разбросанные сигнальные тракты затрудняют достижение предельных для системы временных характеристик и уровней помех, а повышенная влажность среды усиливает наводки между соседними линиями. Для проверки отдельной схемной платы в многоплатной системе плата подключается через удлинитель, что обеспечивает инструментальный доступ к находящимся на ней компонентам. Во влажной среде удлинитель сам может вызвать перекрестные наводки сигналов, если критичные к наводкам сигналы передаются по близко расположенным линиям.

Индикация почти любой сигнальной линии в микропроцессорной системе на осциллографе показывает форму сигналов, которая далека от идеализированных временных диаграмм, приводимых в спецификациях. Вычислительная система по принципу действия является дискретной системой, и возникающие в ней искажения сигналов компенсируются восприятием сигналов в линиях только в определенные моменты, когда все отражения в линии прекращаются.

Для достижения согласования в линиях передач, на концах линий (особенно длинных) применяются согласующие резисторы (для кабелей – 120-омное согласование 360/180 см).

Принципы тестирования МПС (методы поиска неисправностей).

Первым (наиболее игнорируемым) действием еще до использования КПА и приборов должен быть тщательный осмотр системы.

Отказ может быть очевидным: сгоревшая микросхема или элемент, а состояние, в котором остановилась система, само может дать подсказку о месте возникновения отказа в системе. Необходимо проверить все встроенные в МПС индикаторы, которые могут помочь в локализации отказа.

Принципы поиска неисправностей в МПС не отличаются от принципов тестирования. В соответствии со стандартной процедурой необходимо:

  1.  Изучить проверяемую  МПС и иметь всю необходимую КД (схему расположения, схему принципиальную).
  2.  Определить состав КПА, включающий обычно приборы (осциллограф, цифровые вольтметры) и до спец. (ЛА – логические анализаторы, ГС, эмуляторов).
  3.  Составить логическую процедуру поиска неисправности.

Исследователь должен знать аппаратуру, представлять ее ограничения и области применения, чтобы минимизировать время поиска неисправности.

Кроме этого, необходимо знать программное обеспечение, по крайней мере, те программы, которые применяются для проверки системы (команды ассемблера, тест программы)

  •  Тестовые программы либо встраиваются в МПС и выполняются как часть процедуры включения системы или вызываются по требованию из тест-ПЗУ.
  •  Если ничего подобного нет, тестовые программы необходимо загрузить с внешнего носителя (ГМД или подключаемого ПЗУ).

Основные проблемы поиска неисправности, которые уникальны для МПС:

  •  основное управление реализуется программно, что затрудняет прослеживание сигналов;
    •  все процессы в системе происходят очень быстро, делая невозможным наблюдение в реальном времени, т.е. в отличие от обычных логических систем МПС нельзя остановить и проанализировать состояние. Измерения необходимо производить, когда МПС работает с номинальным быстродействием.
    •  шинная структура МПС допускает подключение к одной линии множества БИС, превращая проблему нахождения одной неисправной микросхемы в сложное и Продолжительное занятие.

Программы самоконтроля.

Увеличение сложности МПС потребовало включение в них программ самоконтроля или диагностики. Тестовые программы можно поместить в начальной области системного ПЗУ, находящегося в адресном пространстве памяти, там, куда переходит программный счетчик при включении питания, или осуществить отдельный специальный модуль тестового ЗУ, которое подключается вместо первого системного ПЗУ и переход к которому осуществляется при сбросе вручную.

Основной недостаток реализации тест-ПЗУ, которое подключается в схему вместо обычного рабочего ПЗУ, заключаются в том, что тест-ПЗУ, конечно же, не сможет проверить заменяемое им системное ПЗУ. Если известно, что в системе имеется отказ, а все тесты проходят успешно, наиболее вероятным подозреваемым компонентом становится системное ПЗУ, которое заменено диагностическим тест-ПЗУ. После этого системное ПЗУ необходимо проверить путем замены микросхемы.

Основные диагностические тесты:

  •  тест системного ядра
    •  тест ПЗУ
    •  тест ОЗУ
    •  тест УВВ

Существует ли отказ в действительности?

Сложность систем увеличивается по мере появления новых микросхем и применения в системах более совершенного и мощного программного обеспечения. В сложных МПС пользователь может вызвать кажущуюся ошибку из-за отсутствия опыта работы, нажимая, например, кнопку, восприятие которой в программном обеспечении не было предусмотрено. Ошибки пользователя часто объясняются незнанием формата и синтаксиса вызовов различных программ операционной системы. Ошибка в попытке вызова программы операционной системы часто приводит к индикации сообщения об ошибке, принимаемого неопытным пользователем за отказ.

Рекомендации по «А может дефекта нет?»

  •  Изучить описание и проверить тест-программы на еще работающей МПС:

когда подозревается отказ, часто много информации о системе можно получить, не снимая крышек оборудования, однако очень вероятно, что «тщательный осмотр» не покажет причину отказа, и исследователю придется глубже разбираться в системе. К сожалению, многие в этой ситуации. следуют правилу: «если что-то неисправно, надо посмотреть описание системы». Такой, в принципе, плохой, но широко распространенный подход для микропроцессорных систем имеет еще меньше смысла, чем для обычных цифровых систем. В описании обычно есть целый набор тестовых процедур, специальные переключатели, перемычки и индикаторы, которые только и ждут, чтобы ими воспользовались. Персонал должен познакомиться со всеми этими средствами до возникновения в системе каких-либо отказов и опробовать тест-программы на исправной системе, чтобы знать возможные реакции. Все микросхемы похожи друг на друга, и исследователь должен узнать из описания системы по руководству пользователя, где находятся такие важнейшие компоненты, как микропроцессор, ЗУПВ, ПЗУ, ВВ, дешифраторы адреса, генератор синхронизации и контроллер прерываний.

  •  Прежде всего обращаться к тем компонентам, которые можно проверить и заменить относительно легко. Простые компоненты отказывают с такой же вероятностью, как и сложные; примером может служить блок питания. Это самый ненадежный элемент любого изделия и в то же время наиболее просто проверяемый. Выход напряжения за допустимые пределы может вызвать хаотичное поведение системы, поэтому проверка прежде всего уровней напряжения сэкономит много времени.
    •  Произвести внешний осмотр (разъемы), грязные печатные платы и кабельные соединения вызывают в системе чрезмерный шум (обычно низкочастотный). Эти дефекты обычно можно обнаружить внешним осмотром или прикосновением. Целесообразно с известной осторожностью осуществить проверку, называемую странным термином «калиброванный кулак», при которой производится легкое постукивание по механическим узлам системы (покачивание, изгибание платы поможет обнаружить плохой контакт в разъеме, неплотно вставленные БИС в панельки и разорванные печатные проводники). Большинство таких отказов быстро устраняется. Описанные приемы надо Использовать осторожно, чтобы не усугублять ситуацию.
    •  Рекомендуется вести журнал проверок МПС, в котором указывается характер отказа и его причина. В случае повторения отказа по журналу быстро устанавливается его причина. Журнал особенно полезен, если эксплуатируется несколько аналогичных систем, в которых обычно возникают одни и те же отказы.

Срок службы ИС

В любой микропроцессорной системе имеется множество интегральных схем (ИС) — от простых элементов до таких сложных больших интегральных схем (БИС), как микропроцессор. В общем, отказы интегральных схем возникают по нескольким известным причинам и локализуются в тех секциях, которые подключены к «внешнему миру»; именно они больше всего подвержены электрическим    нагрузкам и рассеивают    наибольшую мощность.

Интегральная схема производится на предприятии и приобретается изготовителем изделия, который вставляет ее в печатную плату, а сама плата устанавливается в изделие. Изделие поставляется заказчику и остается у него на весь срок службы. Нечего и говорить, что срок службы некоторых ИС оказывается довольно коротким.

Без специальной оговорки ИС поставляются с предприятия только с выборочным контролем, т.е. с производственной линии для контроля берутся отдельные образцы. Если  процент брака не превышает допустимого, поставляется вся партия.

Примерно 2% ИС, поставляемых заказчикам, оказываются дефектными. Входной контроль ИС на специальном тестере оценивается примерно в 4 коп за шт. (в зависимости от серии), затем идет установка ИС в печатную плату, где расходы на поиск отказа и ремонт возрастают примерно в 10 раз, затем сборка МПС, куда может попасть дефектная микросхема, и, наконец, эксплуатация, в условиях которой возможно придется производить замену дефектной ИС. В общем, расходы на поиск неисправной ИС на каждом этапе от ее приобретения до эксплуатации увеличивается примерно в 10 раз.

Очевидно, экономические соображения настоятельно требуют выявления дефектных компонентов как можно раньше. Многие изготовители систем не производят входной контроль компонентов и полагаются на долгосрочные испытания изделия. Они осуществляются на уровне печатных плат и заключаются в длительной работе оборудования, часто при повышенной температуре для ускорения проявления отказов компонентов.

Кривая интенсивности отказов ИС напоминает «поперечное сечение ванны». Сразу после выпуска ИС подвержены отказам по многим причинам, среди которых укажем плохую герметизацию корпуса, ненадежные внешние соединения, чувствительность к кодовым комбинациям при повышенной температуре и др. Период приработки в 100 ч обычно вызывает отказы в критичных микросхемах, которые могли пройти все первоначальные проверки. Если ИС «выживает» первые 100 ч своего срока службы, в течение последующих восьми лет вероятность ее отказа мала. Постоянные- электрические нагрузки в течение срока службы увеличивают вероятность отказа, что объясняет «загибание» вверх кривой интенсивности отказов. Перегрузка, даже кратковременная, ускоряет процесс «старения»; примером служат отказы из-за частого репрограммирования СППЗУ.

Интегральная схема представляет собой корпус, в котором размещен кристалл кремния. Соединения между выводами корпуса и контактными площадками на кристалле выполняются золотыми проводниками с помощью ультразвуковой сварки. Наиболее вероятный отказ в ИС — это разрыв проводника, вызванный либо механической вибрацией, либо чрезмерным током. Воздействие такого отказа на схему, в которой находится неисправная ИС, зависит от того, является отказавшее соединение входным или выходным. Отказавшее входное соединение блокирует распространение сигнала, и его можно обнаружить, только отмечая отсутствие влияния изменения входного сигнала на какой-то выход микросхемы. Отказавшее выходное соединение в случае ТТЛ-схем проявляет себя как неопределенный логический уровень с напряжением около 1,5 В.

Еще три вида отказов возникают внутри самой ИС. Входной или выходной вывод может быть закорочен на питание Vcc или на землю; появляется короткое замыкание между двумя выводами, но без замыкания на Vcс или на землю, или возникает отказ во внутренних элементах ИС.

Отказ наиболее вероятен при первом включении изделия на предприятии, когда отказать может что угодно. Типичными отказами, появляющимися после сборки изделия, являются «выбросы» припоя, закорачивающие печатные проводники, неправильные размещения микросхем и плохие контакты. Изделия, отказавшие при эксплуатации, когда-то работали некоторое время; отказы, наиболее распространенные в производстве, обычно можно устранить с помощью простых принадлежностей.

Тестирование нагрузками заключается в том, чтобы установить один из параметров окружающей среды выше нормальных рабочих пределов и проанализировать его воздействие на схему.

Для электронного оборудования применяются три вида испытаний:

  1.  Систему можно подвергнуть механическому воздействию путем постукивания, изгибания или скручивания. Такая проверка часто применяется в тех случаях, когда перемежающийся отказ из-за окислившегося краевого разъема, плохого контакта ИС в панельке или потускневшего вывода ИС вызывает хаотичное поведение системы. Цель –  временно улучшить или ухудшить проявление отказа, что в любом случае помогает установить его причину. Например, тончайший разрыв печатного проводника, видимый только через увеличительное стекло, при скручивании платы либо дает соединение, либо становится шире. Скручивание и изгибание платы заставляют отказ появляться или исчезать, а это является признаком либо разрыва печатного проводника, либо наличия в панельке ИС потускневшего или отошедшего контакта. Потускневшие контакты легко очищаются таким известным средством, как карандашная стиральная резинка. Конечно, применять механические нагрузки следует весьма осторожно, так как чрезмерное усердие может привести к появлению новых отказов. Однако способы «калиброванного кулака», скручивания и изгибания плат не отвергаются и при умелом применении часто могут указать тип отказа в системе и его возможное местонахождение;
  2.  Компоненты иногда выходят из строя  из-за постепенного нагрева при внутреннем отказе, но до некоторого температурного предела работают исправно (тепловой прибой). Система с таким компонентом работоспособна до тех пор, пока микросхема не перегреется. Нагревшуюся микросхему легко обнаружить путем прикосновения. Временно перегрев можно устранить, охладив подозреваемую микросхему с помощью охлаждающего пульверизатора. ИС может работать на пределе и небольшое повышение температуры частично или полностью выводит ее из строя. Такой режим можно получить искусственно с помощью фена, повысив температуру до появления, отказа. Температурное воздействие заключается в изменении температуры окружающей среды сверх обычных рабочих значений, чтобы вызвать отказ или временно отдалить его. Охлаждение с помощью пульверизатора оказывается более локальным, так как поток горячего воздуха от фена гораздо шире. Выявить на плате микросхему, которая работает с повышенной температурой (гораздо горячее остальных), можно путем касания, хотя некоторые микросхемы даже при нормальной работе нагреваются сильнее, чем можно предположить. Микросхемы одного и того же типа рассеивают различную мощность из-за разной рабочей частоты, поэтому сравнение их относительных температур может привести к неверным выводам. Дефектная микросхема может даже обжечь пальцы, поэтому касаться микросхем нужно осторожно.
  3.  Электрическое воздействие заключается в изменении подаваемых в МПС напряжений либо для определения ее рабочего диапазона, либо для локализации ИС, работающих на пределе. Пользоваться способом с большой осторожностью, т.к. перегрузка может вызвать катастрофические отказы многих компонентов. В тщательно спроектированной системе такое испытание не требуется, так как в ней на все микросхемы подается номинальное напряжение в пределах допусков, определенных в спецификациях. Наиболее вероятной причиной работы ИС на пределе является понижение напряжения питания до нижнего допустимого значения. Необходимо измерить напряжение питания в работающей системе и привести его к номиналу.

Локализация отказов ( без КПА, метод произвольной логики).

Для выявления дефекта  (причины отказа, неисправности) необходимо локализовать неисправность с точностью  до конкретного узла системы. Поиск идет «сверху вниз», где вначале имеется неисправная система и она расчленяется на подсистемы, в одной из которых находится отказ. В зависимости от МПС для локализации отказа может потребоваться разделить каждую подсистему на меньшие подсистемы, Очевидно, что способ локализации отказа зависит от конструкции системы.

Контроллеры УВВ и периферийные аналоговые схемы часто имеют большую интенсивность отказов, чем цифровые схемы МПС. Объясняется это более высокими требованиями по быстродействию и рассеиваемой мощности, более высокими рабочими температурами, чувствительностью, точностью, временным и температурным дрейфом регулировок, внешними перегрузками и меньшими диапазонами безопасной работы. Сложные аналоговые микросхемы с высокой плотностью упаковки, используемые в интерфейсе микрокомпьютера, часто работают вблизи предельных значений параметров для достижения максимальной производительности.

Для проверки цифровой части системы при подозрении в отказе нужно:

  •  проверить наличие сигналов синхронизации
    •  проверить сигналы в магистрали

Отсутствие активности свидетельствует о возможном отказе.

Типичный отказ в цифровой ИС – разрыв во входном или выходном выводе. Когда подозревается такой отказ, целесообразно изолировать вывод от остальных схем. Быстрый и не разрушающий способ изолирования заключается в том, чтобы отсосать припой из отверстия, в котором находится вывод, с помощью специального приспособления. После этого вывод, отгибается в центр отверстия, чтобы он нигде не касался медного проводника. Конечно, эта процедура довольно затруднительна, но вывод можно просто вытащить из отверстия. После этого вывод следует проверить на наличие сигналов; при подозрительном выходном выводе рекомендуется закорачивать его площадку на печатной плате на напряжение питания Vcc или на землю и проверять схемы в тракте распространения сигнала.

Если некоторые модули (платы) можно удалить с сохранением работоспособности базовой системы, то этой процедурой можно воспользоваться для контроля функционирования узлов МПС. В системе может быть предусмотрен режим свободного счета, позволяющий проверить работу ядра системы по активности шины адреса и работу ПЗУ.

Плату удлинителя с переключателями на сигнальных линиях  и шинах можно использовать для разрыва выбранных сигнальных трактов между отдельным модулем (или платой) и МПС → для устранения трактов обратной связи и «зависших шин». Еще более простой способ разрыва сигнальных трактов, проходящих через краевой разъем, заключается в том, чтобы поместить в нужные контакты разъема кусочек изолирующей ленты.

Отыскивать неисправности в петлях цифровой обратной связи довольно трудно, так как ошибки распространяются по этим петлям. В петле обратной связи с неправильным выходным сигналом он посылается на вход, что в свою очередь приводит к получению неверного сигнала на выходе. Разрыв тракта обратной связи предотвращает такое действие, и, следовательно, при задании управляемых сигналов на входах можно проследить их прохождение со входа на выход. Однако зачастую не так легко обеспечить подачу требуемых входных сигналов, так как при этом требуется одновременно управлять большим числом линий, связанных с проверяемым входом.

Иногда микросхемы удается динамически проверить на месте с помощью цифрового компаратора. Прибор подключается к подозреваемой микросхеме, и в него вставляется заведомо исправная микросхема, аналогичная проверяемой. После этого компаратор сравнивает работу двух микросхем и индицирует несовпадение сигналов. Цифровой компаратор позволяет проверить большинство ТТЛ-микросхем в рабочих условиях, но, конечно, для каждой используемой микросхемы требуется аналогичная запасная.

Методы и средства поиска неисправностей, применяемые в изделиях, реализованных на основе так называемой «произвольной логики», малоэффективны для микропроцессорных систем, так как для получения содержательной информации о работе компьютера необходимо одновременно анализировать большое число сигналов. Для эффективного сокращения времени на локализацию и устранение отказа в систему встраиваются такие средства, как схемы контроля питания, диагностические программы, индикаторы правильного функционирования системы и сигнатурный анализ.

Если схемные платы в системе можно легко удалять и заменять на заведомо исправные, следует воспользоваться этой возможностью и изолировать отказ до одной схемной платы. Когда в системе применяются несколько идентичных схемных плат, например платы памяти в системе с шиной S100, то для проверки можно поменять их друг с другом. Конечно, здесь имеется риск повредить исправную плату, если отказ является следствием, а не причиной. При этом в заменяющей плате возникают те же проблемы, что и в первой, дефектной плате. Во всех случаях замену плат необходимо проводить с выключенным питанием, чтобы избежать повреждений микросхем из-за электрических перегрузок.

При наличии идентичной системы для локализации отказа производится функциональное сравнение. Оно полезно в том случае, когда неясно, существует ли отказ, — на самом деле это может быть особенность производства или конструктивное ограничение.

Если подозрение падает на микросхему в панельке, попробуйте до замены покачать ее, чтобы устранить плохие контакты. Последней подозреваемой микросхемой является микропроцессор, но часто именно его стараются заменить прежде всего. Интенсивность отказов микропроцессоров очень низка; однако они являются сложными приборами, и проверить их работу затруднительно. Такая же ситуация характерна для всех БИС, применяемых в микропроцессорных системах. В случае опытного образца или новой модели микросхемы может возникнуть явление, называемое «нехарактерным поведением», — микросхема, имеющая параметры, близкие к предельным, случайно выходит за пределы и начинает работать хаотически. Отказ такого типа очень трудно локализовать, так как он возникает только в определенных ситуациях и даже не всегда.

Дерево поиска неисправностей (ДПН).

Локализации отказов значительно упрощается при наличии тщательной продуманной последовательности тестов. Многие из этих тестов являются простым визуальным контролем, который может дать ценную информацию о возможном местонахождении отказа.

ДПН напоминает блок-схему и предназначено для ускорения локализации отказа. Действия, описываемые в каждом из элементов дерева, значительно варьируются от простого визуального осмотра до автономной и законченной тест-процедуры целой секции системы. Разрабатывается в рамках КД по ремонтной документации – по отдельному договору после серийного внедрения. Дерево поиска неисправностей можно разработать для любой системы (если его нет в документации), особенно после приобретения практического опыта работы с системой и в поиске неисправностей. После некоторого времени эксплуатации систему можно оснастить средствами контроля, которые учитывают наиболее распространенные и вероятные отказы. В качестве таких средств могут появиться переключатели для отсоединения секций системы и контрольные точки для удобного подключения разнообразных приборов. Дерево поиска неисправностей следует модифицировать с учетом дополнительных средств и корректировать его под все изменения, производимые в системе в течение ее срока службы.

ДПН проходится до локализации отказа, но исследователь должен осмыслить возможную причину отказа (дефекта), а не слепо идти  по ветвям дерева. ДПН обеспечивает метод систематического поиска отказов в системе, начиная с общих отказов и кончая отказами ИС или их выводов. При прохождении дерева описывается возможная область, и предлагаются необходимые тесты. Вместе с ДПН требуется хотя бы краткое описание выполняемых тестов и их реализации в МПС (+ справочники). Для сложных МПС (особенно военного назначения) обязательна разработка ремонтной КД.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      




1. Приобретенные знания еще не гарантируют то что вы будете расти и развиваться главное ' умение их применить.
2. Химия и МПХ Стр
3. 26 ноября 2009 г Введение
4.  Продукция сельского хозяйства по категориям хозяйств 425 14
5. Менеджмент
6. Контрольна з підприємницької діяльності
7. Строительные технологии и конструкции Расчетнографическая работа 1 по дисциплине
8. ТУ Технические условия А2
9. хозяйственную инвестиционную или финансовую деятельность коммерческой организации
10. во Цена 3160100003HD Опора шаровая Meyle BMW 3
11. Реферат по предмету Судебная психиатрия ПРОСТОЕ АЛКОГОЛЬНОЕ ОПЬЯНЕНИЕ
12. 1 Динамическое расслабление Поднимите правую руку вверх
13. производственных объединений
14. На тему Хромосомные болезни Выполнил студент группы 02 Е
15. И. КантаМедицинский факультет Кафедра Хирургии Акушерства и Гинекологии ИСТОРИЯ БО
16. двойственная природа света
17. Тема 5 россия во второй половине XVII века Доклад 1 Политика протекционизма и меркантилизма в России
18. Учение о древних монетах
19. Золотые пески Отдых
20. тематические методы в моделировании экосистем и других экологических объектов и явлений называется ~