Diagnostika počítačů DGP_07 Prof. Ing. Karel Vlček, CSc. Katedra Informatiky, FEI, VŠB - TUO

K. Vlček: Diagnostika počítačů2 Testování obvodů LSI a VLSI Testování integrovaných obvodů je efektivní při použití vestavěných diagnostických prostředků Pokud testování provádí samotný výrobce, je časté použití vnějšího testeru – důvodem je testování speciálních parametrů Testování v aplikačním zapojení se provádí zejména u pamětí Speciální testovací postupy jsou používané při testování mikroprocesorů

K. Vlček: Diagnostika počítačů3 Testování mikroprocesorů Testování je obtížné proto, že mikroprocesory mají velmi složitou funkci a strukturu a velmi malý počet vývodů Testováním mikroprocesorů se zabývají zpravidla jejich výrobci, protože ti mají potřebné informace o jejich architektuře Výrobci testují velká množství mikroprocesorů a mohou tedy investovat do nákladných testerů a speciálních přípravků pro testování

K. Vlček: Diagnostika počítačů4 Výrobní testy mikroprocesorů Testy probíhají ve třech fázích: Testování čipů, které je prováděno před zapouzdřením, jsou to test statický, test dynamický, test vybraných mezních parametrů Třídicí testy pouzder – parametrické testování, dynamické testování Testování spolehlivosti: napěťové namáhání, dynamické zahořování, testování životnosti

K. Vlček: Diagnostika počítačů5 Uživatelské testy mikroprocesorů (1) Uživatel testuje pouze malá množství obvodů – zkoušeče jsou cenově náročné Při generování testů uživatel obvykle převezme (koupí) část testu výrobce, na který stačí jeho zkoušeč Proto uživatel provádí zpravidla pouze testování funkce mikroprocesoru, ne testování strukturní, které je mnohem náročnější Publikované schéma je vždy zjednodušené

K. Vlček: Diagnostika počítačů6 Uživatelské testy mikroprocesorů (2) Uživatelský test mikroprocesoru obsahuje: Reset Test čítače instrukcí Test adresace registrů Přesuny dat mezi registry Řízení zásobníkové paměti Funkce ALU (aritmetické – logické jednotky) Test střádače Test zbývajících funkcí dekodéru instrukcí

K. Vlček: Diagnostika počítačů7 Uživatelské testy mikroprocesorů (3) Uživatelské testy se provádějí jako: Přejímací testy (za účelem reklamace) Periodické testy (za účelem profylaktickým) Náhrada testu aplikační úlohou je nejméně vhodnou metodou testování, protože je testována pouze velmi malá část funkčních jednotek mikroprocesoru Vhodnější je provádět test dostatečně dlouhou pseudonáhodnou posloupností

K. Vlček: Diagnostika počítačů8 Uživatelské testy mikroprocesorů (4) Vzhledem k ceně zkoušečů je možné vnější test provádět náhradním způsobem: Emulací funkce ze záznamu odezev v paměti Emulací v reálném čase – při běhu (nákladné testování), je nutné zakoupit emulátor, který je zapouzdřený do speciálního pouzdra Komparací se záznamem odezev Plně komparační test podle etalonu (levné testování), nese však s sebou obtíže při získávání a údržbě etalonu

K. Vlček: Diagnostika počítačů9 Testování pamětí Při testování pamětí je nezbytné pracovat s podrobným modelem poruchy, který respektuje technologické vlastnosti vysoké integrace (pronikání náboje tenkou izolací) Test musí být testem funkčním, ale současně Test paměti musí být testem struktury Testy jsou málo závislé na typu paměti (RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, …)

K. Vlček: Diagnostika počítačů10 Typy testů pamětí – poruchy mimo matici paměťových buněk Jiné jsou testy pro detekci poruchy mimo paměťovou matici, testují: Poruchy adresových dekodérů Chybějící adresu „Zkrat“ adres – adresy se překrývají Průrazy a svody na vstupech Hromadění náboje na budičích nebo sběrnicích (dlouhá vybavovací doba) Setrvačnost čtecích zesilovačů (čtení vzorků)

K. Vlček: Diagnostika počítačů11 Typy testů pamětí – poruchy uvnitř matice paměťových buněk (1) Jiné jsou testy pro detekci poruchy uvnitř paměťové matice: Pasivní poruchy (v ustáleném stavu) Bez vlivu okolí (model poruch t0, t1, …) Vliv sousedících buněk – „prosakování“ náboje do sousedních buněk

K. Vlček: Diagnostika počítačů12 Typy testů pamětí – poruchy uvnitř matice paměťových buněk (2) Aktivní poruchy (zjišťuje se tak, že se zapisuje a čte jinou adresou) Dlouhá doba zotavení po zápisu Krátká doba obnovení informace (dyn. paměti) Nestálá porucha (po zásahu buňky částicí alfa)

K. Vlček: Diagnostika počítačů13 Vzorky pro testy pamětí RAM Vzorek typu N – počet kroků je lineárně závislý na počtu bitů Vzorek typu N 2 – počet kroků je úměrný druhé mocnině počtu bitů Vzorek typu N 3/2 – počet kroků je úměrný součinu NN 1/2

K. Vlček: Diagnostika počítačů14 Vzorek typu N (1) Nejjednodušší způsob testování paměti je zápis určité hodnoty na všechna paměťová místa a opětovné přečtení této hodnoty Je to velmi nedokonalý test, pokud by dekodér nefungoval vůbec, mohl by test proběhnout správně, protože všechny hodnoty byly zapisovány na stejné adresy a pak z ní byly opět čteny Je lépe používat střídající se hodnoty, test se nazývá šachovnice

K. Vlček: Diagnostika počítačů15 Vzorek typu N (2) Jiným testem s počtem kroků úměrným počtu bitů v paměťové matici je zápis hodnoty bitu parity adresy paměťové buňky Vzorkem testu N je také zápis „diagonála“, který zapisuje jednu odlišnou hodnotu v každém řádku a v každém sloupci Každý z těchto vzorků as zapisuje v obou binárních hodnotách a následuje čtení celé matice Délka testů typu N je tedy vždy 4N

K. Vlček: Diagnostika počítačů16 Vzorek typu N (3) Postupující jedničky a postupující nuly patří k nejčastějším vzorkům typu N:  Zápis pozadí (0)  Čtení i-té buňky a zápis inverzní hodnoty od i=1 do i=N  Čtení i-té buňky a zápis inverzní hodnoty od i=N do i=1  Zápis pozadí (1)  Opakování předcházejících dvou kroků – délka testu je 10N

K. Vlček: Diagnostika počítačů17 Vzorek typu N 2 (1) K nejdůležitějším vzorkům typu N 2 patří putující jednička (nula) a GALPAT Putující jednička:  Zápis pozadí (0)  Zápis inverzní hodnoty do i-té buňky, čtení i- té buňky a zápis původní hodnoty do i-té buňky (pro i=1 až N)  Zápis pozadí (1)  Opakování druhého kroku  Délka testu je 2(N 2 + N)

K. Vlček: Diagnostika počítačů18 Vzorek typu N 2 (2) Galpat (Galloping Pattern):  Zápis pozadí (0)  Zápis inverzní hodnoty do i-té buňky, čtení i- té, i+1, i, i+2, …, i+N-1, i buňky a zápis původní hodnoty do i-té buňky (pro i=1 až N)  Zápis pozadí (1)  Opakování druhého kroku  Délka testu je 2(2N 2 + N)

K. Vlček: Diagnostika počítačů19 Vzorek typu N 3/2 (1) Vzorky jsou: posouvaná diagonála Délka posloupnosti adresovaných buněk je vždy stejná: N 3/2  Zápis pozadí (0)  Zápis inverzní hodnoty, čtení všech buněk diagonály paměti začínající v i-tém prvku  Zápis pozadí (1)  Opakování zápisu a čtení z 2. kroku  Délka testu je 2(N 3/2 +2N)

K. Vlček: Diagnostika počítačů20 Vzorek typu N 3/2 (2) Redukovaný GALPAT  Vychází z testu GALPAT s tím rozdílem se čte pouze sloupec a řádek, ve kterém se buňka nachází  Detekční schopnost je jako u GALPAT  Netestuje se interakce mezi buňkami  Celková délka testu je 2(4N 3/2 +8N)

K. Vlček: Diagnostika počítačů21 Vzorek typu N 3/2 (3) Diagonální GALPAT  Čtené buňky jsou rozložené po diagonále  Zápis pozadí (0)  Čtení buněk s adresou i-1a i  Zápis inverzní hodnoty, čtení všech buněk diagonály paměti začínající v i-tém prvku  Zápis pozadí (1)  Opakování zápisu a čtení z 2. kroku  Délka testu je 2(3N 3/2 +5N)

K. Vlček: Diagnostika počítačů22 Parametrické testy (1)  Mezi parametrické testy pamětí patří například test doby obnovení u dynamických pamětí  Test spočívá v zápisu informace do paměti a čtení zapsané informace za dobu, která je zaručována technickými podmínkami  Zapisuje se obvykle celý řádek a čte se po sloupcích  Nejjednodušší realizací podmínek testu je zastavení zdroje synchronizace

K. Vlček: Diagnostika počítačů23 Parametrické testy (2)  Výsledkem testu je zpravidla dvojrozměrné pole hodnot tzv. „Shmoo plot“ (viz příklad)

K. Vlček: Diagnostika počítačů24 Testování permanentních pamětí  Testování pevných pamětí, přestože se jedná o kombinační obvody, vyžaduje podobné testy, jako paměti pro zápis a čtení  Test obsahuje části, které prověřují dekodéry, čtecí zesilovače a paměťovou matici zvlášť  Aby mohl test podle těchto kriterií proběhnout, musí být u pamětí programovaných u zákazníka zajištěno čtení tzv. přídavných řádků a sloupců, ve kterých je informace, která umožní test výstupních proudů  Přídavný vstup (vstup +9V) aktivuje dekodér

K. Vlček: Diagnostika počítačů25 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) Hławiczka, A.: P1149, Warszawa (1993), ISBN