Лекция 9

Практические методы поиска неисправностей ЭВМ (продолжение)

План лекции:

1. 
   Диагностический самоконтроль
   
2. 
   Сигнатурный анализ
   
3. 
   Простейшие методы диагностики и ремонта
   

Диагностический самоконтроль (метод диагностической программы).

Используется прогон тестовой программы, проверяющей аппаратные средства компьютера и определяющей их неисправность. Эти программы можно подразделить на:

1. 
   программное обеспечение самотестирования (при запуске);
   
2. 
   тестовые утилиты (запуск по желанию пользователя, либо работающего в фоновом режиме).
   

При тестах ОЗУ обычно производится запись и чтение одной или нескольких кодовых комбинаций ОЗУ. Выбранные комбинации считаются хорошим испытанием чувствительности ОЗУ.

Для испытания ПЗУ наиболее часто употребляется сравнение контрольных сумм. Контрольные суммы получаются сложением содержимого всех ячеек ПЗУ без учета переполнения, т.е. она представляет собой пример арифметического контрольного кода.

Интерфейсы проверяют с помощью специальных диагностических программ, позволяющих оценить качество ввода/вывода в удобной для пользователя форме, при этом следует обращать внимание на то, что информация в этом случае всегда идет через интерфейс вывода, надежность которого должна быть предельна. Интерфейсы с комбинированным вводом/выводом проверяются обычно методом закольцовывания.

Центральный процессор обычно имеет встроенную систему самоконтроля. Иногда возможность самотестирования операционной части закладывается при проектировании микросхем и системных плат. Примером такого конструирования может служить упомянутый ранее метод последовательного сканирования (метод двойного сдвигающего регистра) для сканирования состояний элементов схем (рис.9.1).

Рис. 9.1. Схема двойного триггера

Сущность метода: в объекте тестирования предусматриваются элементы памяти, состоящих из двух триггеров – информационного Т1 и тестирующего Т2. Вход С синхронизирует установку Т1 в состояние, соответствующее входу D. Тактовый вход А синхронизирует установку Т1 в положение, соответствующее входу J.

Пары триггеров объединяются в многоразрядный сдвиговый регистр путем подключения входа Q2 на вход J следующей пары. На вход D начального элемента поступает тестовая последовательность данных. Путем переменной подачи тактовых сигналов на линии А и В биты данных сдвигаются по регистру и на выходе сравниваются с исходной последовательностью. Очевидный недостаток метода – увеличение громоздкости схем.

Достоинства самоконтроля:

1. 
   Быстрота локализации источника неполадок.
   
2. 
   Удобство и простота обращения с тестовыми программами.
   

Недостатки:

1. 
   Для определения конкретного неисправного физического элемента применение тестовой программы часто бывает недостаточно.
   
2. 
   Иногда самоконтроль не позволяет определить причину и характер возникновения отказа. Невозможно создать программу, позволяющую выявить все возможные неполадки системы.
   
3. 
   Диагностическая программа должна быть создана в исправной системе. Она должна быть максимально совместимой с разными конфигурациями систем. Ее составление требует детального знания аппаратных средств и опыта программирования.
   

Сигнатурный анализ

При сигнатурном анализе тестовая программа многократно прогоняется по кольцу, определяются формы сигналов (сигнатуры) в каждом узле или месте соединения схем. Их сравнивают с сигнатурами нормально работающих систем, которые обычно записываются в виде таблиц. Дефектные сигнатуры прослеживают до определения неисправного компонента. Для этого метода применяется специальный прибор: сигнатурный анализатор.

На вход прибора подается двоичная тест-последовательность любой длины, но записываются последние 16 бит. Если на входах четырех сумматоров бит 0 или у четного числа сумматоров бит 1, то входной сигнал передается без искажения (рис.9.2).

Если входная последовательность содержит n-бит , то выходная будет формироваться по зависимости:

.


Рис. 9.2. Схема формирования сигнатуры

Чтобы получить двоичный код сигнатуры из последовательности следует исключить первые (n-16) элементов. Искаженную последовательность можно интерпретировать как сумму по модулю два исходной последовательности и последовательности ошибок. Ошибка обнаруживается в том случае, если сигнатура последовательности ошибок состоит не из одних нулей. В последовательности длиной менее и равной 16 бит все ошибки могут быть выявлены. При длине последовательности 17 бит только в одной из всех возможных последовательностей может быть пропущена ошибка. Следовательно, при 16-разрядном регистре 17-разрядная последовательность, исходя из обнаружения ошибки, составит:

Структурная схема сигнатурного анализатора представлена на рис.9.3.

Рис.9.3. Структура сигнатурного анализатора

Блок памяти 1 хранит значение сигнатуры в течение цикла измерения. Блок 2 сохраняет данные за два цикла измерения и в случае их несовпадения выдает на дисплей сигнал: «нестабильная сигнатура», позволяющий обнаружить случайный сбой в работе устройства.

Возможность применения сигнатурного анализа для контроля и диагностики цифрового устройства закладывается на стадии проектировании этого устройства.

По отношению к системам с микропроцессором сервисопригодность предполагает, что при сигнатурном анализе можно выявить следующее:

1. 
   выделить ядро системы (микропроцессор, генератор тактовых импульсов);
   
2. 
   привести в определенное начальное состояние контролируемые схемы;
   
3. 
   располагать стабильными тест-последовательностями на интервале измерения;
   
4. 
   иметь документацию, указывающую образцовые сигнатуры для конкретных точек и сечений схем.
   

В системе обычно проводят два этапа испытаний. Первый – свободный прогон или испытание ядра (проверка аппаратных средств процессора). Второй – проверка остальной части системы.

Ядро микропроцессорной системы испытывают методом свободного прогона, когда информационная шина данных разомкнута, на нее подан код холостой команды. Разомкнуты линии запроса прерывания. Микропроцессор работает в режиме двоичного счетчика. Сигналы «пуск» и «стоп» получают обычно, используя линию старшего разряда адреса. Помимо центрального процессора при свободном прогоне используются адресные линии, дешифраторы верхних адресов, некоторые логические схемы.

На втором программно управляемом этапе сигнатурного анализа используется стимулирующая программа, хранимая в ПЗУ. В ней генерируются сигналы пуска и останова, а также записываются повторяющиеся потоки информации через шину данных для контроля узлов, соединенных с процессором. Обычно используется запись и чтение ОЗУ.

При составлении тестовой программы следует обеспечить гарантию одинакового поведения системы при любом считывании данных. Программа должна учитывать возможность действия неисправных аппаратных средств. Для сигнала пуска и останова на этом этапе можно использовать незадействованный адрес памяти или внешнего устройства.

Основным достоинством сигнатурного метода является то, что дефект легко и достаточно быстро проследить до физического узла. В результате легко выявить неисправную микросхему.

Недостатки сигнатурного анализа:

1. 
   Иногда процесс поиска поврежденного участка может занимать много времени;
   
2. 
   Необходимо иметь в распоряжении все тестовые программы и сигнатуры. Сигнатуры режима свободного прогона могут прогнозировать, но они обычно недостаточны для определения неисправностей периферийных схем.
   
3. 
   Для определения способов подключения сигнатурного анализатора и записи тестового программного обеспечения требуется высококвалифицированный специалист. Хотя составление программы сигнатурного анализатора значительно проще, чем программы самоконтроля на ассемблере, но взаимодействие программных и аппаратных средств, здесь более тонкое.
   
4. 
   Подготовка документации для сигнатурного анализа занимает много времени. Программное обеспечение здесь должно быть отлажено и перепроверено. Контрольные сигнатуры для всех видов испытаний должны быть перепроверены и зафиксированы в документах.
   

Простейшие методы диагностики и ремонта

Наряду с перечисленными методами диагностики следует предварительно проверить с помощью простых и независимых методов: переподключение разъемов, переустановка плат расширения; замена информационных и питающих кабелей; проверка наличия питающего напряжения.