3.1. Особенности контроля и диагностики мпс.

Сложность отладки микропроцессорных средств обусловлена следующими их особенностями.

1 Модульностью построения, реализуемой, в основном, с помо­щью монолитных БИС, характеризующихся постоянно увеличивающейся сложностью и трехстабильностью состояний выводов.

2. Магистральностью структуры, состоящей в подключении к одной и той же шине нескольких одноименных выводов модулей, двунаправленностью шин, мультиплексированием потоков информации через них во времени.

3. Двойственностью природы МПС, выражающейся в том, что носители функций - аппаратные средства - настраиваются на конкрет­ную задачу программированием своей структуры. Число возможных состояний БИС очень велико (например, для МП серии 580 оно сос­тавляет порядка 10³³).

4. Невозможностью остановить и проанализировать МП, который работает с номинальным быстродействием; при измерениях фиксируют­ся динамические события. При этом информация на магистрали неус­тойчива (из-за двунаправленности, мультиплексирования во времени, трехстабильности состояний и возникновения электромагнитных помех под действием разнообразных механизмов!).

5. Во встроенных САУ на базе МП, как правило, мало входных и выходных шин (контрольных точек), что резко снижает их управляемость (способность устанавливаться в нулевое или рабочее состояние подачей тестовых воздействий через внешние досту­пные входы) и наблюдаемость (свойство, при котором внутренние состояния системы однозначно определяются через ее внешние выводы). На основе этого признака МПС делятся на два больших класса: имеющих и не имеющих выходящую за пределы системы магистраль.

6. Формирование полных моделей и программ проверки не представляется возможным из-за недостаточности знания всех механизмов отказов и сбоев при динамическом функционировании БИС.

Поэтому всеохватывающее диагностирование МПС практически неосуществимо. Термины "контроль" и "диагностика" уместно применять лишь к прохождению конкретного теста: "прошел тест или нет". От­сутствует полностью формализованный набор правил для диагностики МПС, поэтому обычно определяется наиболее вероятная причина отка­за. Традиционные методы контроля и диагностики ЭВА, основанные на возможности подключения к любой ее точке, только частично пригодны для контроля МПС в силу перечисленных выше особенностей. Так как стоимость поиска неисправного элемента МПС на плате в 10 раз больше стоимости входного контроля этого элемента (и меньше в 5 раз в изделии, в 100 раз - в эксплуатации), особый упор следует делать на контроль промежуточных технологических операций изго­товления МПС.

3.2. Источники ошибок при проектировании и виды неисправностей.

В основе почти всех ис­пытаний лежит та или иная гипотетическая модель неисправности, первоисточником которой служат неисправности, встречающиеся на практике. Методы контроля и диагностики хороши ровно настолько, насколько правильна лежащая в их основе модель неисправности. Поэтому коротко остановимся на видах неисправностей в МПС, которые можно разделить на постоянные (отказ) и слу­чайные (сбой).

1. Обрыв проводника; замыкание линий связи, а также выходов БИС из-за пробоя транзисторов на проводник с нулевым потенциалом или потенциалом питания (постоянные логические "0" или "1").

2. Неисправность типа перемычек (замыкание между собой линий связи; неисправность входа БИС из-за пробоя диодов Шоттки - образуется параллельное соединение входов; пробой керамических филь­трующих конденсаторов).

3. Паразитная связь между проводниками (сверхпороговое и подпороговое увеличение перекрестных наводок из-за технологичес­ких погрешностей изготовление плат, повышенной влажности, неод­нородности нагрузки и др.)

4. Помехи типа "гонки" (рис.78).

Рис.78	Рис.79

5. Ошибки типа "уровней напряжения" при использовании в МПС несовместимых по уровням напряжений (или частично совместимых) БИС и ИС.

6. Ошибки типа "нехарактерное поведение". Условия функционирования БИС и ИС, имеющих рабочие параметры, близкие к предельным, случайно выходят за допускаемые пределы, что приводит к хаотичности работы системы (например, для МП изменение тактовой часто­ты при возбуждении кварца на 3-ей гармонике, нарушение фазности синхросерии и т.д.).

7. Функциональные нарушения БИС и ИС:

7.1. Для ОЗУ и ПЗУ: отсутствие записи; ложная запись; ложное считывание; отсутствие выборки; многоадресная выборка; неоднозначность выборки; динамические нарушения (восстановления адреса, восстановления чтения, регенерации); "чувствительность к образу" (при записи-чтении изменяется содержимое соседней ячейки); нарушения синхронизации чтения-записи и др.

7.2. Для микропроцессора: частичный сброс (длительность меньше номинальной); зависание по линии готовности INT; отсутствие сигналов или нарушенная диаграмма работы; ошибки внутренней памяти (регистров, системы команд) и т.д.

Неисправности вида 3,4,6 и 1 при соединениях типа монтажного "И" или "ИЛИ" очень трудно локализовать. Основную трудность представляет локализация ошибок в цепях с "обратной связью" распространения информации. Сложность диагностирования БИС ввода-вывода заключается в отсутствии петли обратной связи по информации (в отличие от ОЗУ) и возможности электрических пере­грузок (особенно для адаптера, нагруженного на длинную линию). Положение усугубляется возможностью одновременного возникнове­ния сразу нескольких видов неисправностей - кратных ошибок. Стати­стические исследования показывают, что кратность ошибок только для БИС может достигать 8, не говоря уже о системе в целом.