Что такое сигнатурный анализ

Сигнатурный анализ - сопоставление реальной сигнатуры (в конкретной точке устройства), отображенной на дисплее сигнатурного анализатора, с эталонной сигнатурой этой точки (указанной на схеме или в таблице).

Подобно логическим анализаторам, сигнатурные анализаторы регистрируют потоки цифровой двоичной информации. Но в отличие от логических анализаторов, которые только наглядно представляют информационные каналы, сигнатурные анализаторы обрабатывают «длинные» потоки двоичной информации, «сжимая» их с высокой достоверностью.Получаемые «короткие» (обычно состоящие из четырех шестнадцатеричных чисел) форматы ~ кодовые эталоны - именуются сигнатурами. Содержание сигнатур носит формальный характер, и наличие определенной сигнатуры в некоторой точке схемы свидетельствует о конкретном распределении битов информации в потоке данных, регистрируемом в течение заданного интервала времени.

Таким образом, сигнатурный анализ основан на преобразовании длин­ных последовательностей двоичных сигналов в двоичное число, называемое сигнатурой.Измеряемые двоичные по­следовательности возбуждаются в контрольных точках МПС под действием специальной тестовой программы. Сиг­натуры контрольных точек измеряются на заведомо рабо­тоспособной системе и указываются на принципиальной схеме МПС подобно тому, как на схемах аналоговых уст­ройств указываются осциллограммы и некоторые парамет­ры аналоговых сигналов. Пример фрагмента схемы МПС с указанными на ней сигнатурами приведен на рисунке.

При поиске неисправности в МПС оператору достаточно установить режим исполнения тестовой программы, и за­тем, прослеживая сигнатуры в контрольных точках схемы от выходов к входам, найти элемент, у которого входные сигнатуры верны, а выходная нет. В этом элементе или его выходной цепи и заключена неисправность.

Для удобства двоичная сигнатура представляется, как правило, в виде нескольких шестнадцатиричных цифр cпомощью семисегментного индикатора.

Точность сигнатурного анализа

Существует много способов сжатия двоичных последо­вательностей в сигнатуры: подсчет числа логических пере­ключении, подсчет числа единиц, определение контрольных сумм по различным модулям.Сравнительный анализ раз­личных методов показал, что наиболее эффективным явля­ется метод,основанный на преобразовании с помощью сдвигового регистра с линейными обратными связями.Та­кой регистр показан на рисунке,

Основа сигнатурного анализатора - генератор псевдослучайной последовательности максимальной длины, выполненной на базе шестнадцатиразрядного регистра сдвига с разомкнутой петлей обратной связи.

Внешний сигнал «ТАКТ» синхронизирует регистр сдвига и стробирует бит входной последовательности. В младший разряд регистра при сдвиге информации записывается бит, значение которого определяется сложением по модулю 2 значений разрядов 6, 9, 11, 15 регистра сдвига и входного бита входной последовательности.

Работа разрешается внешним импульсом «ПУСК» и запрещается сигналом «СТОП», образующими так называемые временные ворота измерения.Шестнадцатиразрядный код, фиксируемый в регистре сдвига после прихода сигнала «СТОП», называется сигнатурой и отображается прибором на четырехразрядном семисегментном табло в виде шестнадцатиричных чисел. Для повышения удобства считывания сигнатуры шестнадцатеричный код, используемый в сигнатурных анализаторах отличается от общепринятого и записывается в следующем порядке: 0. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, С, F, Н, Р, U. Таким образом, сигнатурный анализатор производит «сжатие»m-битовой последовательности произвольной длины в шестнадцатибитную сигнатуру.

Таким образом, сигнатурный анализ - простой достоверный метод сравнения двух битовых последовательностей произвольной длины, анализом которых и занимаются при отыскании неисправностей в микропроцессорных системах с помощью традиционных приборов.

Определим вероятность, с которой такая схема преобразования двоичных последовательностей выявляет в них ошибки.

Определим последовательность ошибок как результат поразрядного суммирования по модулю 2исходной и искаженной последовательно­стей. Такая последовательность ошибок будет содержать 1в тех и только тех разрядах, в которых искаженная последовательность отли­чается от исходной. Во всех остальных разрядах последовательности ошибок будут содержаться 0.

Сдвиговый регистр с сумматором по модулю 2,представленный на рисунке, является линейной системой, следовательно, для него спра­ведлив принцип суперпозиции: реакция регистра на сумму двух входных воздействий равна сумме реакций на каждое из этих воздействий. От­сюда следует, что если входной сигнал регистра рассматривать как сум­му (по модулю 2)двух двоичных последовательностей (исходной после­довательности и последовательности ошибок), то полученная сигнатура будет равна сумме (по модулю 2)сигнатур каждой из этих последовательностей.

Чтобы по окончательной сигнатуре можно было выявить наличие ошибок, необходимо, чтобы сигнатура последовательности ошибок была отлична от нулевой, если сама последовательность ошибок отлична от нулевой.

При использовании 16-разрядного регистра сигнатура последова­тельности ошибок не может быть нулевой для последовательности дли­ной m16, содержащей хотя бы одну 1,потому что -первая 1,по­павшая в регистр: не успеет выйти из него до окончания формирова­ния сигнатуры и не может быть уничтожена из-за сложения с битом обратной связи.

При длине входной последовательности m=17 одна из возможных последовательностей может быть упущена, а именно последователь­ность, начинающаяся с 1и содержащая 1во всех разрядах, соответ­ствующих отводам обратной связи в сдвиговом регистре. Сигнатура такой последовательности будет равна 0.Для регистра, изображенно­го на рисунке,это будет последовательность вида

10000001001010001

(нумерация бит возрастает слева направо).

Среди последовательностей длиной m=18 таких «невидимых» последовательностей может быть 3:

100000010010100010

010000001001010001

110000011011110011

Среди последовательностей длиной m=19 это число равно 7и т.д. В общем случае вероятность обнаружения ошибки в последователь­ности длинойmпри использовании регистра длинойnвыражается формулой

P = l—(2^m-n—l) / (2^m—l) для всехт > п.

При т  пвероятность обнаружения ошибкиР=1. При длине регистраn=16 независимо от длины последовательно­ститошибка произвольной кратности, если она присутствует, будет обнаружена с вероятностью 0,99998.Наиболее сложные при поиске другими методами однобитовые ошибки обнаруживаются с вероятно­стью 1.