Общее описание сущности сигнатурного анализа.

Для диагностики любой цифровой схемы особый интерес представляет сигнатурный анализ, в основе построения которого лежит алгоритм сжатия информации.

Сигнатурный анализ сводится к сопоставлению реальной сигнатуры конкретного узла, отображаемой дисплеем анализатора, с образцовой сигнатурой этого узла, указанной на схеме или в таблице руководства по обслуживанию испытуемого устройства. Несовпадение сигнатур свидетельствует о неисправности; ненормальном функционировании устройства. Например, если на дисплее анализатора высвечена сигнатура F865, а на схеме в точке, соответствующей выходу данного узла (к которой подключен анализатор), записана сигнатура А953, то наличие неисправности очевидно Устройство обработки

Процедура сигнатурного анализа внешне схожа с процедурой обнаружения неисправностей в аналоговых устройствах. На принципиальных схемах последних в характерных точках указаны эпюры напряжений сигналов и числовые значения напряжений. С ними сопоставляют осциллограммы, наблюдаемые на экране электронно-лучевого осциллографа, а также результаты измерения напряжений электронным вольтметром, и в итоге сопоставления делают заключение о нормальной работе или неисправности испытуемого устройства. для программируемых цифровых устройств система контроля, основанная на сопоставлении осциллограмм, к сожалению, не может быть использовала, поскольку все двоичные последовательности на экране осциллографа практически неразличимы. Тем более она неосуществима по отношению к устройствам, содержащим микропроцессоры, по той причине, что нет однозначного соответствия между характеристиками устройства и его конкретными уз­лами. Поэтому для подобных устройств сигнатурный анализ является способом контроля и диагностики, эффективность которого трудно переоценить.

Упрощенная структурная схема сигнатурного анализатора представлена на рис.5.2.

Сигнатурный анализатор выполняет три основные операции: формирование тест - последовательности, формирование сигнатуры и отображение последней.

Рис. 5.2

Тест-последовательность формируется следующим образом. Из испытуемого устройства в анализатор поступают управляющие сигналы. Они передаются через согласующую (переходную) колодку трехканального пробника. Используются сигналы трех видов: тактовые (синхронизирующие) импульсы (рис. 5.3а), сигнал запуска «Пуск» (рис. 5.3б) и сигнал останова «Стоп» (.рис. 5.3в). Фронт сигнала «Пуск» подготавливает сдвигающий регистр формирователя двоичного кода сигнатуры к приему тест - последовательности и задает фронт временных ворот, а фронт сигнала «Стоп» – их срез (рис. 5.3г). Таким образом, интервал времени, разделяющий фронты сигналов «Пуск» и «Стоп», определяет продолжительность временных ворот.

Полученный стробирующий импульс (временные ворота) и тактовые импульсы подаются на формирователь тест - последовательности, в который через пробник данных также поступает последовательность данных из испытуемого устройства. В моменты совпадения фронтов тактовых импульсов (рис.5.2а) с битами данных (рис. 5.2б) образуются биты тест - последовательности (рис.5.2е), причем на ее структуру не влияют никакие изменения данных в интервалах между фронтами тактовых импульсов. Первый бит тест - последовательности возни­кает при первом совпадении фронта тактового импульса с данными после отпирания временных ворот (рис.5.2а – е), а ее последний бит появляется в момент последнего совпадения перед запиранием ворот (рис.5.2 а–е). Из изложенного следует, что длину тест - последовательности (число бит в ней) можно регулировать, изменяя интервал времени между сигналами «Пуск» и «Стол». Существенно заметить, что моменты появления фронтов этих сигналов можно задавать с помощью органов управления, расположенных на передней панели анализатора.

рис.5.3

Как правило, в изделиях, при эксплуатации которых предполагается использовать сигнатурный анализ, в процессе разработки вносят определённые средства, позволяющие производить этот анализ наиболее простыми и дешевыми приборами и повысить эффективность контроля. Поэтому для применения сигнатурного анализа необходимо иметь возможность разрывать цепи обратной связи при необходимости тестирования МПС. Для однокристального микропроцессора - это условие отключения шины данных от входа МП, что реализуется с помощью переключателей, съёмных перемычек или электронных ключей.

Вторым важным условием пригодности МПС для проверки с помощью сигнатурного анализа является наличие схем, вырабатывающих сигналы ПУСК, СТОП и ТАКТ, необходимые сигнатурному анализатору для формирования временного окна для принятия данных, то есть интервала времени, в течение которого накапливается сигнатура.

Третьим требованием является наличие в составе МПС ПЗУ, в котором содержится тестовая программа. В качестве тестовой программы может выступать как специально разработанная, так и определённая рабочая программа, если она, по мнению разработчика в достаточной мере использует все устройства МПС.

К сожалению метод сигнатурного анализа требует постановки в аппаратуру дополнительных деталей, что невозможно сделать с уже находящимися в работе схемами. К тому же не все схемы можно снимать со стойки и разбирать лишь для их систематического тестирования, так как это приводит к механическому стиранию контактов и наоборот повышает вероятность ошибки в цепях схемы. Для решения этой проблемы применяются программы самоконтроля, которые имеют свои положительные и отрицательные стороны.

К программам самоконтроля относятся те программы, которые инициируются при включении электропитания системы и контролируют её в естественной рабочей среде.В них не включаются тесты функционирования ВВ, где сами тест - наборы могут создать потенциально опасные ситуации. В программах самоконтроля при включении питания обычно предполагается работоспособность системного ядра, и в противном случае они просто не действуют. В основном программы самоконтроля проверяют микросхемы памяти, охватывая ПЗУ и ОЗУ. Если тесты проходят, считаются работоспособными схемы дешифрирования адреса и шина данных. ПЗУ, содержащие программы самоконтроля, должно функционировать правильно (или, по крайней мере, та секция, в которой находится тест - программы). Хотя на первый взгляд перечисленные условия кажутся очень жёсткими, всё же в случае отказа при включении питания подозреваемая область сужается до нескольких микросхем. Подозрительные микросхемы проверяются по отдельности в режиме свободного счёта.

Все тест-программы должны быть короткими и простыми. Вместо попытки охватить сразу несколько микросхем следует написать короткую отдельную программу для каждой микросхемы. Основная причина следования этому простому правилу заключается в том, что в короткой программе больше гарантий отсутствия ошибок и на неё можно больше полагаться во время тестирования. Данного принципа следует придерживаться в любой тест - программе, будь это программа самоконтроля, диагностическая программа или программа сигнатурного анализа.

Программный контроль с использованием диагностических тестов основан на программной доступности всех узлов МПС, что позволяет микропроцессору выдавать на эти узлы управляющие сигналы, тестовые наборы и опрашивать их состояния. Чаще всего программы диагностики МПС размещаются в ПЗУ.

Исходя из вышесказанного, на рис представлен общий алгоритм алгоритма аппаратурно-программной диагностики микропроцессорных систем был выбран модульный метод контроля. На рис.5.4 представлены основные модули и указаны методы диагностики для каждого модуля с учетом специфических режимов работы микропроцессорной системы.

Рис.5.4