Реферат: Системы диагностики ПК

На второй стадии диагно­стирования проверяется мик­ропрограммная память процес­сора, которая используется на следующих стадиях диагности­рования. В ней содержатся микропрограммы операций ус­тановки, опроса, сравнения и ветвления.

На третьей стадии диагно­стирования выполняется про­верка триггеров (регистров) процессора. Эти тесты называ­ются тестами нулевого цикла. Опрос состояния триггеров (регистров) выполняется по дополнительным линиям опро­са. Триггеры (регистры) про­веряются на установку в 0-1-0.  Результаты проверки сравниваются  с  эталонны­ми, записанными в формате теста. Место неисправности определяется по номеру теста, который обнаружив несо­ответствие. В диагностическом справочнике тестов нуле­вого цикла номеру теста соответствует конструктивный адрес и название неисправного триггера на функциональ­ной схеме.

С помощью тестов единичного цикла проверяются ком­бинационные схемы. Их последовательность определяется условным алгоритмом диагностирования. Тесты комбина­ционных схем выполняются следующим образом: с по­мощью операции установки  в  регистре  процессо­ра, расположенном на входе проверяемой комбинационной схемы, задается состояние, соответствующее входному тестовому воздействию. Выполняется микрооперация приема выходного сигнала комбинационной схемы в регистр расположенный на выходе комбинационной; схемы; Состояние этого регистра записывается в диагностическую область ОП, а затем сравнивается с эталонным. В зависимости от исхода теста выполняется переход к следующему тесту При обнаружении неисправности индицируется .номер теста. В диагностическом справочнике тестов единичного цикла указаны не только подозреваемые ТЭЗ, но и значе­ния сигналов на входах, промежуточных точках и выходах комбинационной схемы. Такая подробная информация дозволяет уточнить локализацию до монтажных связей или микросхем. На следующих стадиях диагностирования, ис­пользующих другие методы диагностирования, проверяют­ся мультиплексный и селекторный каналы, а также функ­циональные средства ЭВМ с помощью тест-секций диагно­стического монитора.

Метод последовательного сканирования является вари­антом метода двухэтапного диагностирования, при кото­ром схемы с памятью (регистры и триггеры) в режиме диагностирования превращаются в один сдвигающий регистр с возможностью установки его в произвольное со­стояние и опроса с помощью простой операции сдвига.

Обобщенная схема системы диагностирования, исполь­зующей метод последовательного сканирования, показана на рис. 12,

Рис. 12. Обобщенная схема системы диагностирования, реализующей метод последовательного сканирования:

1,...,i, l,... n — основная   часть   регистра;   1', ...i',  l',..., n'—дополнительная часть регистра (триггеры образования сдвигового регистра)

Этот метод получил распространение в ЭВМ на боль­ших интегральных микросхемах (БИС). Вместе с очевид­ными достоинствами БИС их использование затрудняет проблему диагностирования ЭВМ в связи с ограниченными возможностями доступа к схемам, расположенным внутри БИС. При диагностировании ЭВМ, построенной на БИС,

Рис. 13. Основной триггер и триггер сканирования

возникает проблема проверки БИС, содержащих комбина­ционные схемы и схемы с памятью при небольшом числе дополнительных входов и выходов.

Для превращения всех триггеров БИС в один сдвигаю­щий регистр каждому триггеру логической схемы придает­ся дополнительный триггер типа D, причем каждая пара триггеров, основной и дополнительный, соединяется таким образом, что образует один разряд сдвигающего регистра.

Первый триггер каждой пары, или триггер данных (рис. 8.13), используется как для выполнения основных функций при работе машины, так и для тестирования. По­этому он имеет два входа данных: рабочий и сканирования, а также два входа синхронизации: от процессора и от средств тестового диагностирования.

Второй триггер пары, или триггер сканирования, ис­пользуется главным образом для тестирования. Его вход постоянно соединен с выходом первого триггера, а син­хросигнал поступает только от средств тестового диагно­стирования.

В режиме диагностирования состояние первого тригге­ра передается второму триггеру по сигналам СТД, и таким образом могут быть опрошены СТД, которые посылают синхросигнал на второй триггер и путем сдвига выдают его информацию через выходной контакт данных сканирова­ния.

Эти триггерные пары соединяются последовательно в несколько сдвигающих регистров. Выход данных одной пары триггеров соединяется с входами данных сканирова­ния другой пары и т. д. (рис. 14).

Средства тестового диагностирования могут подавать синхросигналы на все триггеры сканирования и путем сдви­га выдавать их содержимое в виде последовательности бит до одной линии. Поскольку каждый бит в этой последова­тельности соответствует своей триггерной паре, можно оп­ределить состояние каждого триггера логической схемы.

Рис. 14. Соединение триггеров схемы в режиме диагностиро­вания.

Средства тестового диагностирования могут задавать любое состояние триггеров, подавая на линию входа дан­ных сканирования требуемую установочную последова­тельность.

Диагностирование выполняется в два этапа.

Первый этап. Диагностирование схем с памятью (регистров и триггеров). Выполняется следующим образом:

устанавливается режим сдвигающего регистра;

осуществляется проверка сдвигающего регистра и, та­ким образом, всех схем с памятью путем последовательно­го сдвига по нему нулей и единиц.

Второй этап. Диагностирование комбинационных схем.

Выполняется следующим образом:

устанавливается режим сдвигающего регистра;

входной регистр комбинационной схемы устанавливается в состояние, соответствующее тестовому воздействию, путем подач последовательного потока данных на вход сдвигающего регистра:

выполняется переход в нормальный режим;

выполняется микрооперация передачи сигналов с выходов комбинационной схемы;

выполняется опрос состояния выходного регистра комбинационной схемы (результата) путем последовательного сдвига его содержимого в аппаратуру тестового диагностирования;

осуществляется сравнение результата с эталоном.

Совокупность процедур, диагностических микропро­грамм и специальных схем, обеспечивающих транспорти­ровку тестового набора на вход проверяемого блока, вы­полнение проверяемой микрооперации, транспортировку результатов проверки к схемам анализа, сравнение с эта­лоном и ветвление по результатам сравнения, называется микродиагностикой.

Различают два типа микродиагностики: встроенную и загружаемую.

В случае встроенной микродиагностики диагностичес­кие микропрограммы размещаются в постоянной микро­программной памяти ЭВМ, а при загружаемой — на внеш­нем носителе данных.

При хранении в постоянной микропрограммной памя­ти микродиагностика представляет собой обычную микро­программу, использующую стандартный набор микроопе­раций. Однако вследствие ограниченного объема постоян­ной микропрограммной памяти на объем микродиагностики накладываются довольно жесткие ограничения, в ре­зультате чего приходится использовать различные спосо­бы сжатия информации. Для этой цели иногда используют специальные микрокоманды генерации тестовых наборов. Это позволяет уменьшить требуемый для тестовых кон­стант объем микропрограммной памяти.

Как правило, при хранении микродиагностики в посто­янной микропрограммной памяти для транспортировки ре­зультатов проверки к месту сравнения с эталонов исполь­зуются стандартные микрооперации, а для сравнения — такие схемы, как сумматор, схемы контроля или анализа условий. В качестве микропрограммы анализа использует­ся также микропрограмма опроса состояния схем контро­ля ЭВМ.

Встроенная микродиагностика применяется обычно в малых ЭВМ с небольшим объемом микродиагностики.

Рис. 15. Варианты загрузки и выполнения загружаемой микродиагностики.

Для средних и больших ЭВМ при большом объеме микродиагностики применяется загружаемая микродиаг­ностика. Существует несколько вариантов загрузки и вы­полнения загружаемой микродиагностики:

внешний носитель  данных — регистр микрокоманд (РгМк) (рис. 15,а);

внешний   носитель  данных — оперативная память (ОП)—регистр микрокоманд (рис. 15,б);

внешний носитель данных — загружаемая управляю­щая память (ЗУП) микрокоманд—регистр микрокоманд (рис. 15, в).

В качестве устройства ввода микродиагностики чаще всего используются так называемые пультовые накопите» ли на гибких магнитных дис­ках или кассетных магнитных лентах.

Первый вариант загрузки скорее имитирует «быстрый» тактовый режим, чем выполне­ние микрокоманд с реальным быстродействием, так как на­копление и выполнение микро­команд определяются скоро­стью ввода данных с внешнего носителя. Микрокоманды вы­полняются по мере их поступ­ления из внешнего носителя данных.

Второй вариант загрузки предусматривает возмож­ность хранения и выполнения микрокоманд из основной памяти ЭВМ, т. е. совместимость форматов оперативной" и управляющей памятей. В этом варианте должен быть пре­дусмотрен специальный вход в регистр микрокоманд из оперативной памяти.

Третий вариант загрузки обеспечивает загрузку в уп­равляющую память микродиагностики определенного объ­ема и выполнение ее. с реальным быстродействием. По окончании выполнения загружается следующая порция микродиагностики.

Существуют и другие варианты загрузки и выполнения, несущественно отличающиеся от приведенных выше. Воз­можно также использование разных вариантов загрузки и выполнения на разных этапах диагностирования ЭВМ.

Для средних и больших ЭВМ с хранением микродиаг­ностики на внешних носителях данных, для опроса состоя­ния и сравнения его с эталоном используется дополнитель­ная аппаратура. В последнее время эти функции все боль­ше передаются так называемым сервисным процессорам, имеющим универсальные возможности по» управлению пультовыми накопителями, опросу состояния ЭВМ, срав­нению результатов с эталонными и индикации списка возможных неисправностей. При микродиагностировании с использованием дополнительной  аппаратуры средства тестового диагностирования выполняют специальные диаг­ностические операции, такие как запуск микрокоманд, опрос состояния, сравнение с эталоном и сообщение о не­исправности. Процедура выполнения микродиагностики обычно такова: средства тестового диагностирования загружают в ЭВМ микрокоманды и дают приказ на их вы­полнение; ЭВМ отрабатывает микрокоманды, после чего средства тестового диагностирования производят опрос со­стояния, сравнение с эталоном и сообщение о неисправно­сти. Обычно при. микродиагностике тестовые наборы явля­ются частью микрокоманды (поле констант). Глубина поиска дефекта при микродиагностике зависит от числя схем, для которых, предусмотрена возможность непосредственного опроса состояния. В связи с этим в со­временных ЭВМ имеется возможность непосредственного опроса состояния практически всех триггеров и регистров ЭВМ.

Регистр микрокоманд устанавливается средствами тесто­вого диагностирования с помощью диагностической опе­рации «Загрузка РгМк».

Состояние регистров поступает в СТД, где выполня­ется диагностическая операция сравнения с эталоном.

При несовпадении результата с эталоном происходит останов с индикацией номера останова.

Метод эталонных состояний характеризуется тем, что объектом элементарных проверок является аппаратура, используемая на одном или нескольких тактах выполнения рабочего алгоритма функционирования, реализуемого в режиме диагностирования.

Рис. 16. Обобщенна» схема системы диагностирования, реализующей метод эталонных состояний

В качестве результата элемен­тарной проверки используется состояние аппаратурных средств диагностируемого устройства.

Процесс диагностирования по методу эталонных состо­яний, заключается в потактовом выполнении рабочих алго­ритмов ДУ, опросе состояния ДУ на каждом такте, срав­нении состояния ДУ с эталонным и ветвлении в зависи­мости от исхода сравнения к выполнению следующего так­та или сообщению о неисправности.

При реализации метода эталонных состояний средства тестового диагностирования представляют собой совокуп­ность аппаратурных и программных средств.

Обобщенная схема системы диагностирования, реализу­ющей метод эталонных состояний, приведена на рис. 16.

При представлении алгоритмов операций ЭВМ в виде графов каждому пути i из множества путей на графе мож­но поставить в соответствие последовательность состояний ЭВМ на каждом такте: Si0, Si1,..., Sil, ... ,Sin,

где п—число вершин граф-схемы алгоритма, соответству­ющее числу тактов выполнения операции с конкретными условиями. Эталонной последовательностью состояний счи­тается последовательность состояний Sil, l=0, 1,...,п, име­ющих место при отсутствии ошибок.

Проверка выполняется путем сравнения реального со­стояния ЭВМ Sil на l-м такте i-го пути с эталонным Sэil.

Несовпадение Sil и Sэil является признаком неисправности.

Процедура диагностирования по методу эталонных со­стояний приведена на рис. 17.

Для реализации метода эталонных состояний средства тестового диагностирования должны иметь:           

средства управления потактовой работой ЭВМ;

средства опроса состояния ЭВМ;

средства сравнения состояния с эталонным и средства сообщения о неисправности.

Обычно этот метод используется в тех случаях, когда средства тестового диагностирования имеют достаточно большие возможности. Например, этот метод может исполь­зоваться при диагностировании каналов с помощью процес­сора. Наибольшее применение этот метод находит в устрой­ствах со схемной интерпретацией алгоритмов функциониро­вания.

В силу неопределенности состояний некоторых тригге­ров каждому состоянию Sil может соответствовать некото­рое подмножество состояний Silk, где k=0,1,..., т, т — мно­жество неопределенных состояний. Поэтому обычно до срав­нения с эталоном выполняется маскирование состояний. Маска снимает неопределенные состояния .

Обычно управление потактовой работой устройства и опрос состояния устройства выполняются с помощью команды ДИАГНОСТИКА, а сравнение с эталоном, мас­кирование и сообщение о неисправности—с помощью ко­манд на программном уровне.

Команда ДИАГНОСТИКА адресует управляющее слово в ОП, которое поступает на вход диагностируемого устрой­ства, как показано на рис. 8.18. Сочетание бит управляю­щего слова обеспечивает продвижение тактов, а также оп­рос состояния и запись его в ОП.

Остальные операции, такие как маскирование состояния с целью исключения неопределенных бит, сравнение его с эталонным состоянием и сообщение о неисправности, вы­полняются программой диагностирующего устройства.

Этот метод характеризуется тем, что объектом элемен­тарной проверки является сменный блок, а средствами функционального диагностирования являются схемы встро­енного контроля (СВК), конструктивно совмещенные с каждым) сменным блоком.

На рис. 19 показаны диагностируемое устройство и схемы встроенного контроля, образующие самопроверяе­мый сменный блок. Наибольшая вероятность правильного диагностирования достигается при  полной  проверяемости ДУ и самопроверяемости СВК.

Поэтому  здесь  приводится только определение полной проверяемости ДУ.

Рис. 19   Самопроверяемый сменный блок.

Диагностируемое устройст­во называется полностью про­веряемым, если любая его неисправность заданного класса обнаруживается СВК в момент ее первого проявления на выходных устройствах .

Рис 20 Структура системы диагностирования, использующей схемы встроенного контроля

Требование полной проверяемости. ДУ и самопроверяе­мости СВК приводит к значительным аппаратурным затра­там, что ограничивает применяемость данного метода уст­ройствами, реализованными в основном на больших интег­ральных микросхемах.

На рис. 20 приведена структура системы функциональ­ного диагностирования. Локальными средствами функцио­нального диагностирования ЛСФД являются самопроверя­емые СВК с парами выходов fi1, fi2, приданные каждому сменному блоку Бi общим средством функционального ди­агностирования ОСФД—устройство анализа и индикации УАИ. Назначением последнего является синхронизация сиг­налов ошибок от сменных блоков с учетом их связей, предо­твращение возможной неоднозначности индикации из-за распространения сигналов ошибок и однозначная индика­ция неисправного блока.

Достоинством метода диагностирования с помощью схем встроенного контроля является практически мгновенное ди­агностирование сбоев и отказов, сокращение затрат на ло­кализацию перемежающихся отказов и на разработку ди­агностических тестов.

Этот метод аналогичен предыдущему, так как он тоже основан на принципе самопроверяемости сменных блоков. Разница состоит в том, что самопроверяемость сменных блоков достигается введением в него дублирующей аппа-

Рис. 21 Структурная схема самопроверяемого блока: Cж1,.., Cжk-l — схемы сжатия.

ратуры и самопроверяемых схем сжатия, обеспечивающих получение сводного сигнала ошибки, свидетельствующего о неисправности сменного блока. На рис. 21 приведена структурная схема самопроверяемого блока. Этот способ обеспечения самопроверяемости приводит к большим, до­полнительным затратам аппаратуры, что оправдывает его применение в больших интегральных .микросхемах. При реализации ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных микросхемах последние часто используются неполностью, так как ограничивающим фактором является не число вен­тилей БИС, а число выводов. Поэтому введение в БИС дуб­лирующих схем, обеспечивающих ее самопроверяемость, позволяет более полно использовать возможность БИС без значительного увеличения объема аппаратуры .

Этот метод диагностирования характеризуется тем, что неисправность или сбой локализуется по состоянию ЭВМ, зарегистрированному в .момент проявления ошибки и со­держащему информацию о состоянии схем контроля, реги­стров ЭВМ, адресов микрокоманд, предшествующих момен­ту появления ошибки, и другую информацию. Место возник­новения ошибки определяется по зарегистрированному состоянию путем прослеживания трассы ошибки от места ее проявления до места ее возникновения. Диагноз выполня­ется с помощью программных средств диагностирования самой ЭВМ, если Диагностируется место возникновения сбоя, либо другой ЭВМ, если диагностируется отказ. В ЭВМ, имеющих сервисные процессоры, диагноз выполня­ется с помощью микропрограмм сервисного процессора.

Для пояснения метода диагностирования по регистрации состояния рассмотрим схему, показанную на рис, 22. Эта схема размещена в трех разных блоках б1-бз. Выходы регистров Pгl — РгЗ. триггеров ошибок Тг0ш1 — ТгОшЗ, а также состояние регистра микрокоманд (на схеме не пока­зав) поступают на регистрацию состояния.

Предположим, что. в момент возникновения ошибки за­регистрировано следующее состояние:

Тг0ш1 =1; Pгl (0—7, К) = 111011111;

Тг0ш2=0; Рг2 (0—7, К) =00000000 1;

ТгОш3=0;РгЗ(0—7,К)=11111111 1.

Регистр микрокоманд содержит код микрооперации Рг1:=РгЗ.

Рис. 22. Пример к методу диагностирования по регистрации состояния

После анализа Тг0ш1 программные или микропрограм­мные средства диагностирования анализируют состояние Рг1 с целью обнаружения в нем несоответствия информа­ционных и контрольных бит. Поскольку такое несоответст­вие обнаружено, выполняется анализ регистра передатчи­ка. В конкретном случае это — регистр РгЗ, так как регистр микрокоманд в момент сбоя содержал код микрооперации Рг1:=РгЗ. Анализ содержимого регистра РгЗ показывает отсутствие в нем ошибок. В результате этого делается за­ключение о том, что наиболее вероятной причиной ошибки является сменный блок Б1 или связи между блоком Б3 и Б1.

1.   Б.М. Каган, И.Б. Мкртумян «Основы эксплуатации ЭВМ»

2.   А.П. Волков «К вопросу об автоматической генерации диагностических средств»

3.   В.А. Орлов, Д.М. Бурляев «Эксплуатация и ремонт ЭВМ. Организация работы ВЦ»