Diagnostika počítačů DGP_01 Prof. Ing. Karel Vlček, CSc. Katedra Informatiky, FEI, VŠB - TUO

K. Vlček: Diagnostika počítačů2 Úvod do diagnostiky počítačů Termín diagnostika je převzat z lékařství Problém černé skříňky - strukturu neznáme Slovo diagnostika je z řečtiny „dia“ = skrz Druhá část slova „gnosis“ = poznání Hlavní metodou zjišťování příčin chybné funkce je dedukce

K. Vlček: Diagnostika počítačů3 Vznik technické diagnostiky Vznik diagnostiky číslicových obvodů jako oboru je důsledkem složitosti závislostí chování změněného vlivem poruchy (fault) Zjišťuje se odchylka chování proti chování popsanému v technických podmínkách od výrobce Odchylka chování se nazývá chyba (error), není to příčna, ale důsledek poruchy

K. Vlček: Diagnostika počítačů4 Základní pojmy (1) Předmětem zájmu při provádění diagnostiky je tzv. testovaná jednotka Provádění testů testované jednotky zprostředkovávají primární vstupy O odezvě na test nás mohou informovat primární výstupy

K. Vlček: Diagnostika počítačů5 Základní pojmy (2) Technický stav testované jednotky může být poruchový nebo bezporuchový Poruchu, která se neprojevila nazýváme latentní porucha První úlohou diagnostiky je detekce poruchy Druhou úlohou je lokalizace poruchy

K. Vlček: Diagnostika počítačů6 Diagnostické testy (1) Test je množina dvojic vstupních a výstupních vektorů Vstupní vektor a odpovídající výstupní vektor se nazývá krok testu Počet kroků udává délku testu Diagnostické pokrytí je množství poruch detekovaných testem, je-li 100%, test je nazýván úplný

K. Vlček: Diagnostika počítačů7 Diagnostické testy (2) Test je nazýván minimální je-li úplný a má nejkratší délku Má-li test za cíl vyzkoušet všechny funkce, je zpravidla nejdelší a označuje se pojmem triviální test Komparační test je test, který provádí srovnání testované jednotky s etalonem Odezvy etalonu mohou být zapamatované

K. Vlček: Diagnostika počítačů8 Formy diagnostiky Klasifikace forem diagnostiky a příklady jejich realizace: VnějšíVnitřní periodickázkoušečdiagnostický procesor průběžná zdvojeníkódové zabezpečení

K. Vlček: Diagnostika počítačů9 Periodická diagnostika Periodická diagnostika vnější: Periodická diagnostika vnitřní: Zkoušeč Testovaná jednotka Zkoušeč

K. Vlček: Diagnostika počítačů10 Průběžná diagnostika Průběžná diagnostika (anglicky concurrent testing) Základem nepřetržitého testování je použití kódového zabezpečení a tzv. hlídače Tento způsob testování se také nazývá zabezpečení systému Forma průběžné diagnostiky je vnitřní Může být použito i zdvojení (resp. zálohování, pak se jedná o průběžnou diagnostiku vnější

K. Vlček: Diagnostika počítačů11 Ekonomika testování Diagnostika použitá v průběhu výroby může výrazně zlevnit výrobu Porucha zjištěná u zákazníka je odstranitelná při vynaložení větších nákladů Požadavky na spolehlivost výrobku určují úroveň a formu diagnostiky Platí věta: „Testovat musí být lacinější než netestovat“

K. Vlček: Diagnostika počítačů12 Poruchy v číslicových obvodech Fyzikální porucha je jev, který skutečně v obvodu nastal a působí změnu činnosti Logická porucha je model fyzikální poruchy Stejná logická porucha může být representací i několika různých fyzikálních poruch, jedná se tedy o zjednodušení popisu činnosti Detailní popis poruchy je motivován požadavkem vysoké spolehlivosti Zjednodušení popisu je požadavkem ekonomickým

K. Vlček: Diagnostika počítačů13 Poruchy typu t Nejčastěji používaným modelem poruchy je trvalá nula t0 nebo trvalá jednička t1 Potucha typu t je definována jako připojení zdroje poruchové úrovně v místě působení poruchy Při poruše typu t předpokládáme, že všechny logické členy pracují správně

K. Vlček: Diagnostika počítačů14 Zkrat mezi signálními vodiči Pro presentaci zkratu mezi signálními vodiči může být vzorem pro modelování použití fiktivního logického členu Při diagnostikování obvodů v technologii TTL lze obvykle předpokládat, že zkrat výstupů dvou logických hradel stejného logického zisku se chová jako fiktivní součinový člen Representace modelu poruchy sleduje impedanční vlastnosti výstupů zkratovaných hradel

K. Vlček: Diagnostika počítačů15 Poruchy obvodů CMOS Kromě poruch typu t je pro praxi významné modelování poruch obvodů CMOS Při poruše může docházet k nastavení výstupu hradla do stavu vysoké impedance Pak se obvod s poruchovým hradlem chová jako paměťový člen Detekce poruchy je velmi obtížná, v 50% případů je na výstupu hodnota shodná s bezporuchovým stavem Typ poruchy je nazvána přerušení

K. Vlček: Diagnostika počítačů16 Poruchy programovatelných logických polí Struktura programovatelných logických polí (PLA) je tvořena součiny logických vstupních proměnných, jejichž výstupy jsou podrobeny logickému součtu Přitom může vznikat poruchou součinové matice zvětšení nebo zmenšení počtu implikantů Porucha součtové matice způsobuje vytvoření nežádoucího termu nebo zmizení termu požadovaného

K. Vlček: Diagnostika počítačů17 Nestálé poruchy Chování poruchy v čase určuje jakou strategii testování budeme muset použít Některá porucha se objevuje nepravidelně Poruchy, které se v čase nemění označujeme jako stálé poruchy Poruchy, které vykazují odlišné výsledky testování budou nazývány nestálé nebo občasné Výhodné je zde použití průběžné diagnostiky

K. Vlček: Diagnostika počítačů18 Typické zdroje poruch (1) Poruchy zásuvných desek: Zkraty 75% Chybně osazené součástky12% Přerušení vodičů 7% Poruchy součástek 6%

K. Vlček: Diagnostika počítačů19 Typické zdroje poruch (2) Poruchy integrovaných obvodů: Poruchy čipu51,7% Poruchy hliníkových spojů 6,6% Přerušení zlatých vodičů10,5% Poruchy ultrazvukových svarů 5,2% Poruchy pouzder26 %

K. Vlček: Diagnostika počítačů20 Generování testů Hlavním předpokladem úspěšné diagnostiky je práce s kvalitním testem Sestavování (generování) testů je klíčovou úlohou při přípravě testů a ovlivňuje efektivitu diagnostiky Testy strukturní jsou zaměřeny na lokalizaci poruch Když není struktura známá, používají se funkční testy. To je často nezbytné u obvodů LSI a VLSI

K. Vlček: Diagnostika počítačů21 Literatura Hlavička J.: Diagnostika a spolehlivost, Vydavatelství ČVUT, Praha (1990), ISBN Musil, V., Vlček, K.: Diagnostika elektronických obvodů, TEMPUS Equator S_JEP , ÚMEL, FEI VUT v Brně (1998) Hlavička, J., Kottek, E., Zelený, J.: Diagnostika Elektronických číslicových obvodů, Praha SNTL (1982) Drábek, V.: Spolehlivost a diagnostika, VUT Brno, (1983)