36) Сигнатурный анализ. Принцип и схема формирования сигнатуры из тест-последовательности. Сигнатурные анализаторы. Особенности и обл.Применения.

Перспективным направлением в повышении обслужива­емости микропроцессорной аппаратуры и микро ЭВМ являся сигнатурный анализ, предполагающий использование циклических избыточных кодов для сжатия длинных дво­ичных кодов — реакций аппаратуры на тестовые последоиагельносгн в короткий, обычно 4-. 5-разрядный шестнад­цатиричный код который просто индицируется н сравнива­ется с указанным в документации для каждой контролируе­мой точки контрольным кодом (сигнатурой)

При сигнатурном анализе используется следующий принцип сжатия данных. Двоичный вектор может быть представлен полиномом G(x) с двоичными коэффициента­ми. Например, двоичному вектору 110011 соответствует по­лином x⁵+x⁴+x+l. Суммирование, умножение и деление двоичных полиномов выполняется путем операций сумми­рования по модулю 2 над двоичными коэффициентами, т.е. без переноса между соседними разрядами. Деление двоич­ных полиномов может производиться с помощью сдвиговых регистров с линейными обратпымн связями. Коатролируемая двоичная последовательность или, другими словами, полином G(x) поступает с проверяемого выхода схемы на сдвиге выП регистр, в котором выполняется деление полино­ма х^к G(х) (где k —число разрядов сдвигового регистра) на порождающий полином Р(х) степени k. Результатом де­ления является остаток R(x), получающийся в сдвиговом регистре после приема входной последовательности. Эго и есть сигнатура. Рассматриваемый процесс описывается формулой

x ^kG{x) = Q(x)P(x)+R{x),

где Q(x) — частное; R(x) — остаток. Вид порождающего полинома Р(х) определяется схемой обратных связей ре­гистра.

Для сжатия длинных двоичных последовательностей и получения кодов сигнатур используется сигнатурный ана­лизатор (рис. 9.1), основу которого составляет сдвиговые регистр с линейными обратными связями, замыкаемыми через сумматор по модулю 2, на вход которого также по­ступает последовательность бит, снимаемая с контролируе­мой точки схемы. Сдвиговый регистр снабжается индикато­рами, указывающими содержимое регистра (сигнатуру) в шестнадцатеричном коде. При этом для облегчения вос­приятия сигнатуры шестнадцатеричные цифры изобража­ются следующими символами: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, Л, С, F, Н, Р, U.

37)Измерение с помощью сигнатурных анализаторов. Обнаружение ошибок. Примеры реализации и использование сигнатурных анализаторов.

Для проверки устройства щуп сигнатурного анализато­ра присоединяется к контролируемому выходу схемы. На входы контролируемой схемы поступает последовательность тестов( вектор-стимулов). Каждому вектор-стимулу соот­ветствует 1 бит в выходной последовательности (выходном векторе), снимаемой с контролируемого выхода.

Подача последовательности тестовых векторов, снятие с контролируемой точки последовательности бит, подача их на вход сумматора по модулю 2 и работа сдвигового реги­стра синхронизируются одной и тон же серией тактовых сигналов.

Процесс получения сигнатуры предполагает задание некоторого фиксированного интервала времени—«окна*, соответствующего определенному числу тактовых сигналов, а следовательно, и такому же числу вектор-стимулов и вы­зываемых ими бит в выходной последовательности, посту­пающей на вхол сигнатурного анализатора. Анализатор со­держит схему формирования «окна», на входы которой поступают сигналы ПУСК, ТАКТ, СТОП. После закрытия «окна» (остановки сигнатурного анализатора) на сдвиго­вом регистре остается 16-битный остаток, который индици­руется на 7-элементных индикаторах в виде четырех шест- надцатеричиых цифр. Полученная на индикаторах сигнату­ра сравнивается с эталонной, указанной в документации для данной контролируемой точки.

Эталонные сигнатуры могут быть получены путем про­верки с помошью сигнатурного анализатора заведомо ис­правных схем или расчетным путем на ЭВМ.

При выполнении диагностической процедуры оператор последовательно просматривает в тестовом режиме сигна­туры на выходах устройства и при обнаружении расхожде­ния с указанными в документации сигнатурами переходит к просмотру сигнатур в точках неисправной цепи, двигаясь от выхода к входу, пока не найдет неисправный элемент. При использовании сигнатурного анализа поиск неисправ­ностей в микропроцессорной аппаратуре становится похо­жим на обслуживание телевизора, когда мастер, ремонти­рующий его, с помощью тестера и щупа сравнивает сигна­лы в данной цепи с сигналом, указанным на чертеже схемы, и при обнаружении расхождения для определения места неисправности выполняет просмотр сигналов при движении от выхода к входу схемы.

Введение контрольной цифровой информации (сигна­тур) в техническую документацию на цифровую аппарату­ру очень удобно, так как для этой аппаратуры не представ­ляется возможным документировать признаки правильной работы схем в виде параметров напряжений, токов или да­же форм сигналов.

Метод сигнатурного анализа обладает высокой досто­верностью, которая в данном случае определяется вероят­ностью того, что различающиеся двоичные векторы имеют неодинаковые сигнатуры. Любая одиночная ошибка в выходном двоичном векторе обнаруживается с вероятностью, равной единице. При числе ошибок более одной вероятно­сти обнаружения ошибок равна 1 — 1/2ⁿ,

где n — число разрядов сигнатурного анализатора. При я=16 вероятность равна 0,99998. Это означает, что прн не- одиночиой ошибке в выходной последовательности можно ожидать, что не более 0,002 % различных последовательно­стей будут иметь одинаковые сигналы.

При необходимости тестирования достаточно сложной микромашинной аппаратуры для повышения достоверности результатов сигнатурного анализа можно увеличить длину сдвигового регистра сигнатурного генератора. Например, уже при л = 20 вероятность обнаружения неисправности, порождающей многократную ошибку в проверяемой двоич­ной последовательности, составляот 0,999999.

Совпадение сигнатур возможно только в том случае, когда при формировании сигнатуры последующие ошибки в выходном векторе компенсируют влияние предыдущих ошибок (искажений). Можно показать, что при двойной ошибке компенсация имеет место, когда эти ошибки разде­лены 2ⁿ—1 нулями, что является маловероятным собы­тием.

Точки съема сигналов обратной связи в сдвиговом реги­стре выбираются из условия получения наибольшей досто­верности результата.

Чтобы можно было использовать сигнатурный анализа­тор для локализации неисправностей, необходимо при разра­ботке микропроцессорного устройства предусмотреть в нем средства хранения или генерации тестовой последователь­ности (тестовой программы), а также формирования син­хронизированных с выдачей тестов (вектор-стимулов) сиг­налов ПУСК, ТАКТ и СТОП для управления анализатором. Могут потребоваться и средства разрыва цепей обратных связей в схемах устройства во избежание неоднозначности сигнатур.