Diagnostika počítačů DGP_03 Prof. Ing. Karel Vlček, CSc. Katedra Informatiky, FEI, VŠB - TUO

K. Vlček: Diagnostika počítačů2 Funkční testy Funkční testy jsou sestavovány bez znalosti struktury obvodu, jen se znalostí funkce testované jednotky Uplatňují se zpravidla u obvodů VLSI na základě teoretických odvození Generování testů se provádí pomocí Boolovských diferencí Rozdělením na diagnostické moduly Generováním náhodných a pseudonáhodných sekvencí

K. Vlček: Diagnostika počítačů3 Generování testů pomocí boolovské diference Označme funkci F(X), kde X je vektor vstupních hodnot X = (x 1, x 2,…, x n ) Při hledání kroku testu je použita rozdílová funkce, která nabývá hodnoty 1 při změně výstupu způsobené poruchou a hodnoty 0 při shodných výstupech Píšeme: dF(X)/dx i = F(x 1, x 2,… x i, …, x n ) XOR F(x 1, x 2,… NOT(x i ),…, x n ) Tomuto výrazu se říká boolovská diference

K. Vlček: Diagnostika počítačů4 Detekce poruch na vnitřních vodičích obvodu Boolovské diference lze použít i pro odvození strukturních testů, jejichž schéma zapojení podrobně známe Kromě primárních vstupů pak musíme testovat i vnitřní vodiče, které se větví Pro sestavení kroku testu, který detekuje poruchu na určitém vnitřním vodiči, musíme zavést pomocnou proměnnou Pak vypočteme boolovské diference podle této proměnné

K. Vlček: Diagnostika počítačů5 Generování úplných testů Boolovské diference produkují značně redundantní testy Následuje tedy odstranění redundance například použitím tabulky pokrytí Hlavním problémem je to, že test tvoří nezávislé části Dalším problémem je sekvenčnost chování jednotlivých testů

K. Vlček: Diagnostika počítačů6 Pseudonáhodné testy Pseudonáhodný děj je deterministický Pro test potřebujeme opakovatelnost posloupností Používají se generátory pseudonáhodných čísel Místo diagnostického pokrytí se u těchto testů vyhodnocuje pravděpodobnost, že žádná porucha nebude vynechána

K. Vlček: Diagnostika počítačů7 Testování sekvenčních obvodů Sekvenční obvod musí být před testováním i v průběhu testování uváděn do definovaného stavu Časování sekvenčních obvodů je různé u synchronních a u asynchronních obvodů Identifikační postupy, které jsou automatizované produkují tak dlouhé testy, že jsou nepoužitelné Používá se popis funkce ve vyšším jazyce

K. Vlček: Diagnostika počítačů8 Popis funkce ve vyšším jazyce Pro popis se používá jazyka RTL (RegisterTransfer Level) či (RegisterTransfer Language) RTL je jazyk typický pro popis funkce, ale v posledních letech se používají i jazyky pro popis chování Při popisu modelu chování se chceme vyhnout konkretizaci implementace, takže vytváření testů sestává obtížným, ale moderní překladače a volba metodiky syntézy obvodů tento problém řeší

K. Vlček: Diagnostika počítačů9 Representace poruch v RTL Vyhodnocují se změny chování obvodů z popisu příkazu, ale: Příkaz se nemusí najít nebo se provede víckrát Příkaz se provede v nesprávném okamžiku Příkaz se provede po nesprávné podmínce nebo se neprovede vůbec Je volán jiný registr Provede se jiná operace

K. Vlček: Diagnostika počítačů10 Strukturní metody Obvody se pro účely testu transformují na kombinační obvody Generuje se test pro kombinační obvod Při transformaci obvodů rozpojením vazeb se změní závislosti realizované sekvenčním obvodem Krok testu je sestaven, když se podaří přivést citlivou cestu na primární výstup

K. Vlček: Diagnostika počítačů11 Automatizace generování testů Při použití interakčních systémů pro generování testů obvykle člověk ručně generuje testy, počítač tuto činnost kontroluje a výsledek kontroly sdělí autorovi testu Systémy AGT jsou programy, které jsou začleněny do procesu návrhu obvodů Vazba je provedena na činnost CAD (Computer-Aided Design) případně na CAM (Computer-Aided Manufacturing)

K. Vlček: Diagnostika počítačů12 Kontrola testů Kontrolu testů lze kategorizovat na činnosti: Kontrola odezev testu se provádí pomocí simulace Kontrola úplnosti testu spočívá ve výběru modelu poruchy Kontrola bezhazardnosti testu se provádí časovou simulací, která bere v úvahu skutečná přenosová zpoždění použitých logických členů zaručovaných výrobcem

K. Vlček: Diagnostika počítačů13 Technika simulace poruch Programová injekce poruch do simulovaného obvodu je metoda náročná na čas Paralelní metoda simulace, kdy počítač provádí operace se všemi bity nezávisle Deduktivní simulace je založena na simulaci obvodu bez poruch a odvození poruch na jednotlivých vodičích Souběžná simulace pracuje s rozsáhlejšími soubory poruch, než deduktivní, ale je rychlejší

K. Vlček: Diagnostika počítačů14 Komprese diagnostických dat Metody založené na čítání Čítání jedniček Čítání nul Čítání čel impulsů Čítání týlů impulsů Čítání všech hran neboli přechodů

K. Vlček: Diagnostika počítačů15 Příznaková analýza Metoda založená na výpočtu komprimované odezvy, která vyžaduje znalost bezchybně fungujícího etalonu Přístrojová podpora metody se provádí pomocí tzv. příznakového analyzátoru Metodu lze použít i pro servisní testování mikroprocesorových desek s elektronikou Pro běžné typy mikroprocesorů jsou vypracovány slovníky příznaků (signatures)

K. Vlček: Diagnostika počítačů16 Návrh pro snadnou diagnostiku Metrika, která by vyjadřovala testovatelnost není dosud uspokojivě definována Dá se vyjádřit opisem pomocí nákladů na diagnostiku Dvě nejčastěji používaná kriteria testovatelnosti jsou ovladatelnost a pozorovatelnost

K. Vlček: Diagnostika počítačů17 Ovladatelnost a pozorovatelnost Ovladatelnost: Jak snadno se nastaví krok testu Pozorovatelnost: Jak snadno se dozvíme informaci o stavu jednotlivých prvků a o odezvě na vstupní testovací vektor Ve zmíněných metodách výpočtu testovatelnosti se obě tyto vlastnosti kvantifikují pro každý prvek obvodu a sčítají se pro všechny prvky

K. Vlček: Diagnostika počítačů18 Podpora funkčního testování HW Složitější obvody musejí být rozčleněny na části, aby byl test proveditelný Rozčlenění na části se provádí pomocí přepínačů, které jsou ovládány řídicími slovy vkládanými do registrů a řídicí jednotky podpůrného hardware Metoda, která plně využívá podpory testování pomocí HW byla nazvána „Bounadry Scan Testing“ a standardizována jako IEEE Std – 4 v roce 1990 a v dalších letech

K. Vlček: Diagnostika počítačů19 Výzkum funkčního testování Metody funkčního testování jsou předmětem intenzivního výzkumu u obvodů velké (LSI) a velmi velké integrace (VLSI) Hlavní trend v oblasti funkčního testování je zaměřen na metody rozčleňování obvodů, zavádění testovacích vektorů (ovladatelnost) a čtení odezev (pozorovatelnost) Do funkčního testování jsou zahrnuty i metody testování analogových obvodů

K. Vlček: Diagnostika počítačů20 Testování smíšených obvodů Testování analogových obvodů v rámci číslicových systémů (Analog Mixed System) používá metod funkčního testování Výsledky testu nepředstavují hodnoty změřených parametrů obvodu, ale údaj, zda analogový obvod vyhovuje funkcí a plní úlohu ve smíšeném systému Metody testování smíšených systémů jsou zahrnovány do metodiky Boundary Scan Testing a jsou řízeny společným řadičem

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)