13

Достоинствами данных методов является высокая точность доводки (подгонки), особенно во втором случае, и меньшее, по сравнению с методом замены компонентов, время, затрачиваемое непосредственно на доведение выходных параметров ЭУ до требуемых значений.

Кнедостаткам данных методов можно отнести:

пригодность использования только для пленочных МСБ;

потребность в специальном подгоночном оборудовании;

необходимость увеличения площади плат МСБ если используются тополо-

гические подгоночные элементы и усложнение топологии плат в этом случае.

При использовании резервных элементов, компонентов, либо перемычек (см.

рис.12.6) заданные выходные характеристики изделия обеспечиваются путем подбора одного или нескольких компонентов с постоянными параметрами, либо перемычек, применение которых обеспечивает частичную или полную компенсацию отклонения выходных параметров ЭУ от нормы. При этом в топологию платы должны быть включены резервные топологические элементы (например, знакоместа (или резервные контактные площадки), см. рис. 12.6).

Достоинства метода:

обеспечение высокой точности и стабильности выходных параметров (выше по сравнению с предыдущими методами для МСБ);

повышенная надежность изделия (по сравнению с предыдущими методами для МСБ).

Недостатки метода:

потребность в регулировщиках высокой квалификации;

высокая трудоемкость:

некоторое усложнение топологии плат.

Репрограммирование БИС (СБИС) используется в цифровой технике при отладке аппаратного и программного обеспечения.

Специфика регулировки микропроцессорных устройств

Среди современных ЭВС все реже встречаются устройства, создаваемые на "простой" элементной базе (на ИС с малой степенью интеграции и дискретных ЭРК). Даже самые "простые" современные ЭУ содержат схемы автоподстройки, самотестирования, "умные" пользовательские интерфейсы, как интуитивно – понятные, так и содержащие много каскадов, требующих наладки. В последние годы появилась тенденция объединять устройства различного назначения в вычислительные сети, а также использовать персональные компьютеры (ПК) в качестве терминалов для отображения и ввода данных и автоматизации этих процессов. Привычными в производстве ЭВС уже стали микропроцессоры (МП) и микроконтроллеры (применение которых можно встретить в самых неожиданных случаях), микросхемы ОЗУ (статические и динамические), перезаписываемые ПЗУ (ППЗУ), объем памяти которых исчисляется мега байтами. Все это значительно усложнило как сами устройства ЭВС, так и их элементную базу. Регулировка ЭВС, стала очень сложной и трудоемкой задачей, плохо поддающейся формализации. Часто не существует стандартной аппаратуры, для организации процесса регулировки разрабатываемого устройства, что требует ее отдельного проектирования.

Главной особенностью и трудностью в проектировании микропроцессорных устройств (МПУ) является необходимость разработки программных средств (ПС) и интеграции их в едином устройстве с аппаратными средствами (АС) для выполнения заданных функций при нахождении между ПС и АС оптимального взаимодействия. Таким образом, основным отличием МПУ от традиционных радиоэлектронных и других ЭУ, не содержащих МП, является наличие в общей структуре МПУ двух типов средств: аппаратных и программных. Наличие в составе МПУ программных средств определяет не только осо-

14

бенности проектирования, но и производства МПУ и их эксплуатации. В частности, интеграция АС и ПС в МПУ способствует упрощению наладки изделий, в том числе контроля, испытаний, обнаружения и устранения неисправностей, перенастройки или перепрограммирования изделия для выполнения новых функций, что открывает большие возможности значительного улучшения работы ЭУ, повышения надежности и функциональных возможностей устройств.

Цикл работ по обнаружению ошибок, их исправлению и обеспечению полной работоспособности МП-устройств называют процессом их отладки (хотя термин "отладка" больше подходит по роду работ к ПС, а "наладка" – к цифровым АС, все же процесс комплексного доведения АС и ПС до нормального совместного функционирования приемлемо называть и наладкой, и отладкой).

Весь процесс наладки МПУ включает следующие виды работ:

организацию взаимодействия АС и ПС с учетом конкретных условий эксплуатации;

обнаружение неисправностей и анализ причин и источников их появления в АС;

обнаружение ошибок и неточностей в ПС и анализ причин и источников их появления;

корректировка или доработка ПС и доведение выходных параметров АС до требуемых;

комплексное отлаживание АС и ПС;

запись отлаживаемых ПС на носитель (в ППЗУ)и окончательное тестирование

МПУ.

Самой многократно-повторяющейся операцией при наладке ЭВС (в том числе содержащих МПУ) является программный контроль, который разделяют на программнологический и тестовый.

Программно-логический контроль заключается в том , что при составлении рабочей программы в нее включаются дополнительные процедуры, имеющие математическую связь с алгоритмом основной задачи. Однако не всегда удается находить удобные связи (соотношения), требующие небольшого числа контрольных операций, а в ряде случаев они вообще не существуют. Поэтому часто применяют двойной счет. В качестве контрольного соотношения принимают совпадение результатов первого и второго пересчета. Если программа большая, то ее разбивают на несколько частей. Каждую часть программы выполняют дважды. Результаты, полученные после счета, суммируются, и обе контрольные суммы сравниваются. Если суммы совпадают, то переходят к выполнению следующей части программы, а случаи их несовпадения свидетельствуют об имеющихся неисправностях. Основной недостаток двойного счета – снижение производительности ЭВМ в два раза и более. Кроме того, двойной счет не позволяет установить причину ошибки и не всегда позволяет обнаруживать систематические ошибки.

Тестовый контроль – периодический контроль ЭВМ с помощью специальных испытательных программ (тестов). Контрольная задача может быть введена в рабочую программу. В определенных точках рабочей программы (контрольных точках) предусматривается обращение к контрольной задаче. Анализ результатов решения контрольной задачи

впроцессе выполнения основной программы позволяет судить о состоянии изделия.

Взависимости от назначения применяют наладочное, проверочное, контрольное, диагностическое и другие виды тестирования.

Наладочное тестирование служит для выявления грубых ошибок (например, в монтаже, логике работы отдельных узлов и т.д.). В этом случае тесты должны обеспечи-

вать разделение всего процесса контроля на процедуры, каждая из которых позволяет проверить отдельный небольшой участок схемы устройства.

Проверочное тестирование используют в процессе отладки, чаще всего при эксплуатации ЭВМ для оценки ее работоспособности и поиска неисправности. Оно обеспечивает достаточно полный контроль и включает в себя ряд обслуживающих процедур, ко-

15

торые облегчают поиск неисправности. Например, возможность бесконечного повторения каждой операции контроля. Это дает возможность, например, с помощью осциллографа просматривать отдельные сигналы в изделии и выяснять причины неисправностей.

Контрольное тестирование выполняют через определенные интервалы времени и с определенной частотой, проверяя работоспособность ЭВМ, работающей в остальное время по основной программе. В качестве контрольной задачи можно использовать основную программу ЭВМ и выполнять ее периодически. Полученные результаты сравниваются с эталонными.

Диагностическое тестирование обеспечивает ускорение поиска неисправностей с указанием их места. Между проверочным и диагностическим тестированием нет четкой границы. Как правило, диагностические тесты строятся на базе проверяющих, т.е. используют сведения о состоянии устройства, полученные в результате применения проверочного тестирования.

В настоящее время используется несколько различных методов построения диагностических тестов. Одним из основных является метод моделей. Он предполагает, что имеется модель диагностируемого устройства, приспособленная для искусственного внесения в нее отказов. Суть диагностики заключается в подаче на вход устройства и модели входных, например, слов. Совпадение последовательности выходной информации с эталоном свидетельствует о том, что устройство работает правильно. Несовпадение с эталоном показывает, что среди тестируемых конструктивов имеются отказавшие. Подачей на вход новых последовательностей сигналов можно сузить область поиска возможных дефектов. Такая методика построения диагностических тестов может обеспечить локализацию отказов с требуемой точностью. Однако количество испытаний и время их выполнения могут быть достаточно велики.

При тестовом контроле сложных ЭВМ (например, с МПУ) часто затрачивается много времени и не всегда обнаруживаются сбои, так как в момент решения контрольной задачи сбои могут не возникать.

Сбои арифметического устройства, обычно вызывающие искажения результатов отдельных операций ЭВМ, легко распознаются с помощью аппаратурных методов контроля либо, также, как и сбои в устройстве управления, с помощью специальных программных методов.

Программные методы контроля не требуют дополнительной аппаратуры и могут применяться в любой ЭВМ. Использование аппаратурных методов заметно повышает эффективность контроля, но связано со включением в структуру ЭВМ дополнительного кон- трольно-измерительного оборудования (для обнаружения неисправностей при переработке информации) и требует иногда немало времени на выполнение контрольных и поисковых операций. Сочетание методов контроля на базе программно-аппаратного обеспечения (для контроля ЭВМ, особенно с МПУ) показывает наилучшие результаты выполнения контроля, поиска и обнаружения неисправностей (а также устранения ошибок ПС МПУ) при оптимальной производительности и меньшем, чем в предыдущем случае, объеме аппаратурных средств.

Хотя АС и ПС МПУ по отдельности (т.е. автономно) испытываются (тестируются) и проходят доводочные операции, однако основная отладка осуществляется при непосредственном взаимодействии и взаимосвязи программных и аппаратных средств или программы и прототипа (функционального эквивалента (ФЭ) или эмулятора) аппаратуры МПУ.

Основной задачей отладки является объединение (или интеграция) аппаратных и программных средств МПУ в едином функционально и конструктивно законченном устройстве. Это простая на первый взгляд задача в результате двойственной программноаппаратной структуры МПУ вырастает в достаточно сложную и трудоемкую проблему. Теоретически с помощью стандартных методов и оборудования, например, осциллографа, генератора и т.п., можно тщательно отладить МПУ, но на практике затраты времени на отладку любого нестандартного МПУ недопустимо велики. Применение специальных ме-

16

тодов и средств отладки и тестирования МПУ снижает затраты времени на отладку, несмотря на наличие неизбежных ошибок в ПС и необходимость экспериментальной отработки взаимодействия программы с ФЭ и реальными устройствами ввода / вывода.

Таким образом, налаживание МПУ – сложный и трудоемкий процесс, требующий разработки ПС (в том числе тестовых). Все виды отладки МПУ (как автономные, так и комплексные) занимают более 50% полного времени разработки МПУ.

При автономной отладке АС МПУ проверяют и обеспечивают работоспособность отдельных узлов МПУ: микропроцессора, ОЗУ, устройств ввода / вывода, магистральных адаптеров и шинных формирователей, устройств сопряжения с объектом, функциональных аппаратных модулей и др.. В этом случае проверяются спецификации и требования к АС МПУ, схемы, чертежи и аппаратура прототипа МПУ. Вначале определяется взаимодействие отдельных узлов МПУ, которое зависит от АС. Особо контролируется работоспособность системных магистральных шин данных, адреса и управления, прием и выдача сигналов на магистральные шины всех связанных магистралью устройств. Затем проверяется временная диаграмма и временные соотношения сигналов и их комбинаций, форма и уровни импульсов и т.д.

Методы и технические средства, используемые в процессе автономной отладки АС МПУ, в большинстве случаев являются независимыми от типа микропроцессора и предназначены для более широкого применения в дискретной и аналоговой радиоэлектронной аппаратуре. Для отладки электрической схемы АС МПУ широко используют осциллографы, вольтметры, частотомеры и измерители временных интервалов, генераторы импульсов. В последние годы для отладки МПУ применяют логические анализаторы, сигнатурные анализаторы, комплексы диагностирования.

Автономную отладку ПС МПУ производят с помощью тестирования и (при необходимости) последующей корректировки ПС на программно-логической модели целевого МП, построенной на ЭВМ; либо на базе микропроцессора того же типа, что и целевой (резидентные средства); либо на базе микропроцессора, не совпадающего с целевым МП (кросс-средства). Автономная отладка ПС должна быть обязательно проведена перед комплексной отладкой МПУ, так как позволяет предварительно выявить и исправить много ошибок и неточностей в программе.

Методы и средства автономной отладки ПС МПУ являются зависимыми от типа целевого МП, т.е. специализированы для каждого типа МП, предназначенного для использования в МПУ, потому что загрузочные модули ПС для каждого МПУ представлены в машинных кодах целевого МП, системы команд которых и их коды для каждого типа МП различны. В состав отладочных ПС входят компиляторы, трансляторы, редакторы связей, программно-логические модели МП и другие ПС, расширяющие возможности отладки. Компиляторы и трансляторы используются в основном для проектирования ПС МПУ, но они являются также и средствами отладки, так как обнаруженные ошибки в ПС необходимо устранять в исходных текстах программ и производить затем компиляцию и трансляцию ПС. Отладочные ПС могут поставляться как автономно, так и в составе комплексных отладочных средств МПУ.

Комплексную отладку МПУ выполняют после проведения автономных отладок АС и ПС. При комплексной отладке МПУ происходит интеграция АС и ПС и отлаживаются внешние функции МПУ. Этот вид отладки не является механическим объединением двух предыдущих автономных видов отладки и существенно отличается от них. При комплексной отладке приходится неоднократно повторять отдельные операции (например, тестирования), когда могут быть использованы методы и средства автономных видов отладки.

Средства комплексной отладки, как и средства автономной отладки ПС ориентированы на конкретный тип МП, предназначенный для использования в МПУ и не имеют аналогов в радиоэлектронной аппаратуре. В их состав входят: программные средства проектирования и отладки ПС; аппаратно-программные средства управления, анализа и контроля функционирования МПУ; аппаратно-программные средства записи ПС в ППЗУ;

17

имитаторы внешней среды. Необходимость использования (в составе средств комплексной отладки МПУ) средств проектирования и отладки ПС связана с тем, что в пр о- цессе комплексной отладки с помощью этих средств необходимо устранять ошибки, проводить корректировку и окончательную доработку ПС. Кроме того, в процессе комплексной отладки МПУ могут быть использованы все средства контроля и автономной отладки АС.

Важно отметить, что средства комплексной отладки МПУ применяют также при:

модернизации МПУ с целью введения новых функций МПУ;

модернизации аппаратуры МПУ, применении новой элементной базы, новых технологий изготовления и т.д.;

перепрограммировании и настройке МПУ на новые внешние условия и объекты;

техническом обслуживании и ремонте МПУ в процессе их эксплуатации.

Контрольные вопросы к лекциям 12 и 13.

1.Что следует понимать под термином регулировка (наладка) ЭУ? Дайте определение ТП регулировки (наладки) ЭУ.

2.На каких стадиях жизненного цикла ЭУ используют ТП регулировки и с какой целью?

3.Чем объясняется необходимость применения технологического этапа регулировки (наладки) в производстве ЭУ?

4.Приведите схемы основных операций ТП регулировки (наладки) без использования и с использованием доводочных и сопутствующих им операций. Поясните их назначение.

5.От каких факторов и почему зависит объем технологических операций ТП регулировки (наладки) ЭУ?

6.Приведите алгоритм (схему основных операций) типового ТП регулировки ЭУ.

7.Перечислите основные КД и ТД, используемые при регулировке ЭУ и поясните в каких случаях из применяют.

8.В чем состоит правильная организация ТП регулировки? Поясните особенности выбора и использования КИС регулировщиком.

9.С какой целью и как определяют степень влияния отдельных параметров ЭРК на выходные параметры ЭУ?

10.С какой целью и с помощью каких средств выполняют операции наладки в последовательности, представленной на рис.12.2?

11.Какие работы выполняют в процессе функционального контроля ЭУ?

12.Чем отличаются доводочные работы при использовании разных идентификаторов измеряемых параметров?

13.Что представляет собой процесс диагностики неисправностей?

14.Каковы причины неисправностей ЭУ?

15.Назовите и охарактеризуйте методы поиска неисправностей ЭУ.

16.Каким образом осуществляют доведение выходных параметров ЭУ до требуемых значений?

17.Дайте сравнительную характеристику применимости разных методов доведения выходных параметров изделий до требуемых значений.

18.Каковы особенности наладки МПУ?

19.Перечислите и охарактеризуйте известные Вам методы тестирования ЭВМ. Какие еще методы программного контроля используют при наладке МПУ?

20.Каковы назначение и средства реализации процесса автономной отладки АС и ПС?

21.С какой целью и с помощью каких средств осуществляют комплексную отладку МПУ?

18

22.Существуют ли отличия в отладочных средствах, используемых на разных стадиях жизни МПУ? В каких случаях используют средства комплексной отладки, кроме этапа налаживания МПУ?