4. Методы контроля и диагностики цифровых систем

 

4.1. Особенности современных цифровых систем как объекта контроля и диагностики

 

Появление цифровых систем на микропроцессорной базе, в сочетании со специализированными БИС, СБИС и МПК привело к серьезной пробле­ме обеспечения эффективного обслуживания в местах их эксплуа­тации. Большинство специалистов, занимающихся обслуживанием сложных цифровых систем достаточно ясно осознало, что к проблеме контроля и диагностики в условиях эксплуатации нельзя относится как к вопросу второстепенной важности. Поэтому повышение технических и эксплуатационных ха­рактеристик сложных цифровых систем на базе БИС, СБИС и МПК неразрывно свя­зано с разработкой новых методов и средств диагностики с необходимостью всестороннего учета и анализа цифровых плат и их сос­тавных частей, как объекта контроля и диагностики.

Особенности контроля и диагностики цифровых плат с БИС и СБИС характеризуется следующим [1,24,53]:

- широким диапазоном характеристик БИС и СБИС;

- количеством контрольных тестов, которое может достигать

несколько тысяч;

- цифровые платы с БИС и СБИС имеют магистральный принцип

организации, что требует обеспечения обмена данными по 4, 8, 16 -

разрядным шинам за один период тактовой частоты, а также

одновременный многоканальный контроль;

- магистральные шины в большинстве БИС и СБИС имеют

двунаправленный режим работы, поэтому контрольное

оборудование должно обеспечивать переключение с передачи на

приём в течение одного пери­ода тактовой частоты;

- цифровые платы с БИС и СБИС могут иметь в интерфейсных схемах

несколько двунаправленных каналов ввода-вывода;

- так как временные характеристики играют важную роль, то операции

контроля должны производится на частоте, близкой к рабочей

частоте до 10 – 20 МГц.

Микропроцессорные системы (МПС) также имеют ряд особенностей, которые не позволяют использовать традиционное оборудование:

- описание схем затруднено, так как их функции, в MПС реализуются

микро­программами, хранящимися в ПЗУ. Работа этих схем скрыта в

алго­ритме программы;

- аналогичные трудности возникают в связи с динамичностью работы

MПС, в которых импульсные сигналы обычно действуют в течение

нескольких микросекунд, а затем исчезают. Поэтому нуж­но знать, не

только где смотреть, но и когда смотреть;

- параллельная структура шин, к которым подключено сразу несколько

устройств по схеме ИЛИ затрудняет обнаружение источ­ника

неисправностей.

Таким образом, можно указать на общие особенности цифровых плат на базе БИС, СБИС и МПК, определяющих сложность их контроля:

- повышенная сложность объекта контроля;

- ограниченный допуск к контролируемым узлам;

- шинная организация;

- необходимость контроля в реальном масштабе времени;

- микропрограммное управление МП;

- неполнота контроля комплектующих БИС и СБИС;

- влияние на устойчивость функционирования МПС входных

проводимостей БИС, СБИС и элементов конструкции;

- высокая стоимость обнаружения и устранения дефектов и др.

На основании вышеизложенного можно отметить, что в усло­виях эксплуатации цифровых систем требуется решение следующих задач контроля и диагностики:

1. Снижение себестоимости контрольно-диагностических ра­бот с

целью минимизации себестоимости ремонтно-восстановительных

работ.

2. Сбор и обработка информации об эксплуатационной надеж­ности

цифровых плат и их составных частей, а также о временных и

экономических затратах на поиск и устранение неисправностей.

С целью разработки автоматизированного устройства диагностики цифровых плат (АУДЦП) и создания базы диагностических данных должны быть разработаны:

- методика анализа номенклатуры и технических данных заданных типов

цифровых плат как объекта контроля и диагностики для средств

диагностики на основе метода сигнатурного анализа;

- методика анализа статистических данных подконтрольной

эксплуатации цифровых систем для определения надежностных

характеристик цифровых плат.

По первому направлению необходимо проведение анализа номенклатуры и технических данных цифровых плат и их составных частей, который включает в себя:

1. Распределение числа различных по функциональному назна­чению

цифровых плат в цифровой системе;

2. Число типонаименований цифровых плат и их размеры: типы, серии и

число ИМС, БИС, СБИС и МПК;

3. Типы и число разъёмов, число контактов разъёмов в различ­ных типах

цифровых плат;

4. Рабочие частоты функционирования узлов в рассматриваемых

цифровых платах;

5. Градации напряжения источников питания для различных цифровых

плат с ИМС, БИС, СБИС и МПК.

По второму направлению необходимо проведение анализа существующей подсистемы ремонтно-восстановительных работ (РВР), связанных с цифровыми платами:

1. Общая организация, способы и средства контроля и диагнос­тики,

используемые при РВР;

2. Временные и стоимостные затраты на проведение контроль­но-

диагностических операций для заданных цифровых плат и ремонтно-

восстановительных работ (РВР) в целом;

3. Анализ надёжностных характеристик цифровых плат и их

составных частей по результатам обобщенного опыта

эксплуатации.

С целью определения основных количественных показателей эксплуатационной надёжности цифровых плат, учёт которых позво­лит снизить реальные трудозатраты на проведение контрольно-диагностических операций, необходимо проведение анализа:

а) интенсивности отказов цифровых плат;

б) доли отказов отдельных цифровых плат в общем, количестве

отказов аппаратуры;

в) среднего времени поиска неисправности;

г) наработки на отказ и среднего времени восстановления циф­ровых

плат;

д) ранжирования цифровых плат по критерию эксплуатационной

надежности.

Таким образом, в создаваемой базе диагностических данных АУДЦП предусматривается хранение:

- сведений о типах ИМС, БИС,СБИС и МПК и их эталонных сигнатурах, необходимых при их замене и для организации входного контроля;

- сведений о проверяемых цифровых платах и их эталонных сигнатурах непосредственно на контактах разъёмов;

- сведений о топологический модели схемы цифровых плат;

- алгоритмов для поиска и локализации места неисправности в цифровых платах;

- сведений о внешних стыковочных параметрах, необходимых при настройке и проверке работоспособности восстановленных цифровых плат и доведения этих параметров до норм указанных в технических условиях.

Для повышения эффективности средств контроля и диагностики, пользователю АУДЦП необходимо предоставить на выбор один из ниже следующих режимов:

- режим словаря («журнал») эталонных сигнатур, для заданных типов цифровых плат. Подобный словарь эталонных сигнатур цифровых плат даёт возможность контролировать по ним состояние цифровой схемы в произвольном порядке, отыскивая неправильные или не­стабильные сигнатуры;

- режим обратного прослеживания ошибок по заданному алго­ритму поиска неисправности в цифровой плате. В этом режиме оператор получает указания по последовательному контролю набора точек, что позволяет оператору с зондом, начиная с непра­вильной сигнатуры, определить всю цепочку сигнатур, ведущую к неисправному элементу или узлу схемы с точностью, которая обеспечивает методы сигнатурного анализа.

При этом в АУДЦП по окончании контрольно-диагностических процедур должно обеспечиваться автоматическое документирование и хранение результатов:

- даты и времени проявления неисправности;

- режим работы цифровой системы в момент появления неисправности;

- метода и средства, применяемого для поиска и локализации места неисправности;

- места и причины неисправности;

- временных характеристик обнаружения, поиска и локали­зации места неисправности;

- оператора производившего диагностику неисправности.