11

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Кафедра «Промышленная электроника»

Изучение устройства POST Card для диагностики

персональных компьютеров

Методические указания к лабораторной работе по курсу

«Отладочные средства микропроцессорных систем» для студентов направления 210100 «Электроника и наноэлектроника»

Комсомольск-на-Амуре 2013

УДК 681.3.06

Изучение устройства POST Card для диагностики персональных компьютеров: Методические указания к лабоpатоpной работе по курсу "Отладочные средства микропроцессорных систем" для студентов направления 210100 «Электроника и наноэлектроника» / Сост. С.М. Копытов. - Комсомольск-на-Амуpе: Комсомольский-на-Амуpе гос. техн. ун-т, 2013. - 11 с.

Описана работа с отладочным устройством для диагностики персональных компьютеров POST Card.

Предлагаемые методические указания предназначены для студентов направления 210100.

Печатается по постановлению редакционно-издательского совета Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета.

Согласовано с отделом стандартизации.

Рецензент В.А. Егоров

Цель работы: изучить принцип действия и методику использования устройства POST Card для диагностики персональных компьютеров.

1 Основные сведения

Одним из самых простых и эффективных способов диагностики персональных компьютеров является использование результатов выполнения специальной процедуры BIOS под названием «Самотест по включению питания» – POST (Power On Self Test). Эта процедура автоматически выполняется при каждом включении питания («холодный старт») компьютера до начала загрузки операционной системы. Она же запускается при нажатии на кнопку RESET («горячий старт»).

Основной целью процедуры POST является проверка правильности функционирования и необходимая для дальнейшей работы компьютера начальная инициализация основных устройств и подсистем компьютера (таких как процессор, память, другие устройства материнской платы, видеоконтроллер, контроллеры клавиатуры, гибкого и жесткого дисков и т.д.) перед загрузкой операционной системы. Это в некоторой степени застраховывает пользователя от попытки работать на неисправной системе, что могло бы привести, например, к разрушению пользовательских данных на жестком диске.

Перед началом каждого из тестов процедура POST генерирует так называемый POST код, который выводится по определенному адресу в пространстве адресов устройств ввода - вывода компьютера. В случае обнаружения неисправности в тестируемом устройстве процедура POST просто «зависает», а предварительно выведенный POST код однозначно определяет, на каком из тестов произошло «зависание». Таким образом, глубина и точность диагностики при помощи POST кодов полностью определяется глубиной и точностью тестов соответствующей процедуры POST BIOS'а компьютера.

Адреса портов для вывода POST кодов зависят от типа компьютера, однако в большинстве случаев используется порт 80h. Так как процедура POST появилась еще в IBM PC/XT с восьмиразрядной системной шиной ISA, то исторически так сложилось, что POST коды представляют собой всего один байт, который приводится в таблицах POST кодов в виде одноразрядных шестнадцатиричных чисел в диапазоне 00h - FFh (0 - 255 в десятичной системе счисления).

Следует отметить, что таблицы POST кодов различны для различных производителей BIOS и, в связи с появлением новых тестируемых устройств и чипсетов, несколько отличаются даже для различных версий одного и того же производителя BIOS. Таблицы POST кодов можно найти на соответствующих сайтах производителей BIOS: для AMI это http://www.ami.com, для AWARD - http://www.award.com, иногда таблицы POST кодов приводятся в руководствах к материнским платам.

Для отображения POST кодов в удобном для человека виде служат устройства под названием POST Card. POST Card - это плата расширения компьютера, вставляемая в свободный слот (ISA или PCI) или LPT порт и имеющая два семисегментных индикатора для отображения POST кодов. Для ноутбуков, не имеющих шин ISA, PCI и LPT порта, в скором времени должна появиться карта с USB интерфейсом.

Диагностические платы POST CARD предназначены для ремонта материнских плат и технического обслуживания IBM-совместимых персональных компьютеров как в стационарных условиях сервисных центров, так и на выезде (в местах эксплуатации компьютеров).

Самая простая POST Card для шины ISA отображает POST коды по фиксированному адресу 80h и не имеет переключателей для изменения этого адреса. Прохождение сигнала RESET компьютера на такой POST Card фиксируется по миганию точек семисегментного индикатора POST кодов либо отображается на нем специальными символами. Более дорогие POST Card имеют переключатели для выбора адреса порта POST кодов, а также дополнительные светодиодные индикаторы сигналов RESET и CLK системной шины и индикаторы наличия напряжений питания +5В (+3.3В), -5В, +12В, -12В.

На рис. 1 приведен внешний вид POST Card для шины PCI. Отображение POST – кодов осуществляется на сдвоенном семисегментном индикаторе, а для сопряжения с PCI – шиной использована ПЛИС фирмы Altera.

Рисунок 1 - POST Card для шины PCI

Режим диагностики подразделяется на режим тренировки - длительного прогона тестов для обнаружения плавающих ошибок и режим отыскания и устранения серьезных повреждений полностью "мертвых" систем, при котором штатный BIOS материнской платы заменяется на ROM BIOS Ultra-X со специальным набором углубленных тестов. По мере выхода новых чипсетов материнских плат выходят и обновленные ROM BIOS Ultra-X. Результаты тестов PHD 16 отображаются в специальном коде на семисегментном индикаторе и дополнительных светодиодах, а при исправном видеоадаптере - и на мониторе компьютера.

Более современная PHD PCI фирмы Ultra-X, Inc предназначена для шины PCI и в отличие от PHD 16 не нуждается во внешнем видеоадаптере, так как имеет встроенный стандартный видеовыход SVGA для отображения результатов тестов на мониторе.

Для того чтобы лучше понять, как пользоваться POST Card, рассмотрим типичную последовательность тестов, выполняемую процедурой POST:

1. Тестирование процессора.

2. Проверка контрольной суммы ROM BIOS.

3. Проверка и инициализация контроллеров DMA, IRQ и таймера I8254. После этой стадии становится доступной звуковая диагностика.

4. Проверка операций регенерации памяти.

5. Тестирование первых 64 Кбайт памяти.

6. Загрузка векторов прерываний.

7. Инициализация видеоконтроллера. После этого этапа диагностические сообщения выводятся на экран.

8. Тестирование полного объема ОЗУ.

9. Тестирование клавиатуры.

10. Тестирование CMOS памяти.

11. Инициализация COM и LPT портов.

12. Инициализация и тест контроллера FDD.

13. Инициализация и тест контроллера HDD.

14. Поиск дополнительных модулей ROM BIOS и их инициализация.

15. Вызов загрузчика операционной системы (INT 19h, Bootstrap), при невозможности загрузки операционной системы - попытка запуска ROM BASIC (INT 18h); при неудаче - останов системы (HALT).

Перед тестированием компьютера при помощи POST Card необходимо определить фирму-производителя BIOS'а материнской платы: это можно сделать либо по наклейке на микросхеме BIOS, либо по надписям, которые выводятся на экран аналогичной исправной материнской платой. Затем следует найти соответствующую таблицу POST кодов для этого BIOS: AMI - http://www.ami.com, AWARD - http://www.award.com.

Например, для Award BIOS версии 4.51 последовательность выполнения процедуры POST состоит из следующих основных этапов:

1. Тест программно-доступных регистров процессора (POST-коды: 01, 02).

2. Проверка периода регенерации оперативной памяти (POST-код: 04).

3. Инициализация контроллера клавиатуры (POST-код: 05).

4. Предварительная проверка работоспособности энергонезависимой памяти (СMOS) и состояния батареи питания СMOS (POST-код: 07).

5. Инициализация регистров чипсетового набора значениями, принятыми по умолчанию (POST-код: BEh).

6. Проверка наличия и определение размера оперативной памяти (POST-код: C1h).

7. Определение наличия и размера внешней кэш-памяти (POST-код: С6h).

8. Проверка первых 64 кб оперативной памяти (POST-код: 08).

9. Инициализация векторов прерываний (POST-код: 0Аh).

10. Проверка контрольной суммы CMOS (POST-код: 0Вh).

11. Обнаружение и инициализация видеоконтроллера (POST-код: 0Dh).

12. Проверка видеопамяти (POST-код: 0Eh).

13. Проверка контрольной суммы BIOS (POST-код: 0Fh).

14. Проверка контроллеров и регистров страниц DMA (POST-коды: 10h, 11h).

15. Проверка системного таймера (POST-код: 14h).

16. Проверка и инициализация контроллеров прерываний (POST-коды: 15h...18h).

17. Инициализация слотов шин расширения (POST-коды: 20h...2Fh).

18. Определение размера и проверка основной и расширенной памяти (POST-коды: 30h, 31h).

19. Повторная инициализация регистров чипсетового набора в соответствии со значениями, установленными в CMOS Setup (POST-код: BFh).

20. Инициализация контроллера FDD (POST-код: 41h).

21. Инициализация контроллера HDD (POST-код: 42h).

22. Инициализация COM- и LPT-портов (POST-код: 43h).

23. Обнаружение и инициализация математического сопроцессора (POST-код: 45h).

24. Проверка необходимости ввода пароля (POST-код: 4Fh).

25. Инициализация расширений BIOS (POST-код: 52h).

26. Установка параметров Virus Protect, Boot Speed, NumLock, Boot Attempt в соответствии со значениями, установленными в CMOS Setup (POST-коды: 60h...63h).

27. Вызов процедуры загрузки операционной системы (POST-код: FFh).

Как видно из приведённой последовательности, возможность отображения диагностических сообщений на экране монитора появляется только после инициализации видеоконтроллера, и если процедура POST остановилась на одном из предыдущих этапов, то увидеть на каком именно не представляется возможным.

Однако благодаря тому, что процедура POST перед началом каждого теста осуществляет запись POST-кодов в диагностический порт вывода, аппаратный доступ к которому возможен через шины расширения материнских плат, POST-коды всех выполняемых операций будут зафиксированы и отображены на устройстве POST Card.

Последовательность действий при ремонте компьютера с использованием POST Card выглядит следующим образом:

1. Выключаем питание неисправного компьютера.

2. Устанавливаем POST Card в любой свободный слот материнской платы.

3. Включаем питание компьютера и считываем с индикатора POST Card соответствующий POST код, на котором "зависает" загрузка компьютера.

4. По таблицам POST кодов определяем, на каком из тестов возникли проблемы и осмысливаем вероятные причины.

5. При выключенном питании производим перестановки джамперов, шлейфов, модулей памяти и других компонентов с целью устранить неисправности.

6. Повторяем пункты 3, 4, 5, добиваясь устойчивого прохождения процедуры POST и начала загрузки операционной системы.

7. При помощи программных утилит производим окончательное тестирование аппаратных компонентов, а в случае плавающих ошибок - осуществляем длительный прогон соответствующих программных тестов.

Как же на практике осуществляется ремонт компьютера с использованием POST Card?

Прежде всего, при включении питания перед началом процедуры POST должен произойти сброс системы сигналом RESET, что индицируется на POST Card специальными символами или светодиодом. При неисправности компьютера в самом сложном случае сброс либо совсем не проходит, либо проходит, но никакие POST коды на индикаторе не отображаются. В этом случае рекомендуется немедленно выключить компьютер и вытащить все дополнительные платы и кабеля, а также память из материнской платы, оставив подключенной к блоку питания только собственно материнскую плату с установленными процессором и POST Card.

Если при последующем включении компьютера нормально проходит сброс системы и появляются первые POST коды, то, очевидно, проблема заключается во временно извлеченных компонентах компьютера; возможно также, в неправильно подключенных шлейфах (особенно часто вставляют "вверх ногами" шлейф IDE). Вставляя последовательно память, видеоадаптер, а затем и другие карты, и наблюдая за POST кодами на индикаторе, обнаруживают неисправный модуль.

При неисправной памяти для компьютеров с AMI BIOS последовательность POST кодов обычно останавливается на коде d4h (для старых плат 386/486 - на коде 13h); с AWARD BIOS - на кодах C1h или С6h. Бывает, что при этом неисправна не сама память, а, например, материнская плата - причина заключается в плохом контакте в разъемах памяти (согнуты/ замкнуты между собой контакты), либо плохо, не до конца вставлена сама память в разъеме.

При неисправном видеоадаптере для компьютеров с AMI BIOS последовательность POST кодов останавливается на кодах 2Ch, 40h или 2Ah в зависимости от модификации BIOS, либо проскакивает эти коды без появления на мониторе соответствующих строк инициализации видеокарты (с указанием типа, объема памяти и фирмы - производителя видеоадаптера).

Аналогично, для компьютеров с AWARD BIOS при неисправности видеоадаптера последовательность POST кодов либо останавливается на коде 0dh, либо проскакивает этот код.

Если инициализация памяти и видеоадаптера прошла нормально, то, устанавливая по одной остальные карты и подключая шлейфы, на основании показаний индикатора POST Card определяют, какой из компонентов подсаживает системную шину и не дает загрузиться компьютеру.

Вернемся теперь к случаю, когда даже не проходит начальный сброс системы (на индикаторе POST Card в самом начале теста не появляются специальные символы, свидетельствующие о прохождении сигнала RESET или не загорается соответствующий светодиод). В этом случае либо неисправен блок питания компьютера (например, не формируется сигнал PWRGOOD), либо сама материнская плата (неисправны цепи формирования сигнала RESET). Точную причину можно установить, подсоединив к материнской плате заведомо исправный блок питания.

Рассмотрим теперь случай, когда сигнал сброса проходит, но никакие последующие POST коды на индикатор не выводятся; при этом, как было описано ранее, тестируется система, состоящая только из материнской платы, процессора, POST Card и блока питания. Если материнская плата совершенно новая, то причина обычно заключена в неправильно установленных джамперах выбора частоты/умножения/типа процессора, иногда - неправильно установленном джампере Clear/Normal CMOS.

Из практики можно утверждать, что использование POST Card вместе с хорошей реакцией инженера и быстрым отключением питания уже спасла жизнь не одному процессору и материнской плате.

Если все джамперы и процессор установлены правильно, а материнская плата все же не запускается, следует заменить процессор на заведомо исправный. Если же и это не помогает, то можно сделать вывод о неисправности материнской платы либо ее компонентов (например, причиной неисправности может являться повреждение информации во FLASH BIOS).

Кроме основной функции по фиксации и отображению POST-кодов, некоторые диагностические платы POST CARD имеют ряд дополнительных возможностей, облегчающих поиск повреждённых элементов на неисправных материнских платах. К числу этих возможностей относятся:

• Возможность отображения состояния основных системных и управляющих сигналов шины PCI: CLK, FRAME#, IRDY#, TRDY#, STOP#, RST#, REQ#, C/BE#[3:0];

• Возможность отображения состояния сигналов на всех 32-х линиях «Адрес/Данные» шины PCI;

• Возможность проверки работоспособности портов ввода/вывода данных всех периферийных устройств материнской платы;

• Возможность изменения (установки) размера селектируемого адресного пространства портов ввода-вывода, как при регистрации POST-кодов, так и при проверке портов периферийных устройств;

• Возможность отображения POST-кодов в материнских платах, использующих нестандартные адреса диагностических портов;

• Возможность отображения однобайтовых диагностических сообщений, формируемых специальными тестовыми ROM BIOS.

Селекция адреса диагностического порта 80h может осуществляться с использованием 10, 16 или всех 32 бит адресного пространства шины PCI, что предоставляет дополнительную возможность диагностирования состояния системных устройств и самой шины PCI.

Итак, главным достоинством POST Card является то, что она не требует для своей работы дисплей, и тестирование компьютера при помощи POST Card возможно на ранних этапах процедуры POST, когда еще не доступна звуковая диагностика. Даже на стадии звуковой диагностики POST коды значительно удобнее для восприятия, чем подсчет длительности и числа гудков компьютера.