Методы и инструментальные средства тестирования.

Повышение тестируемости МПС можно достигнуть либо путем встраивания в нее диагностического процессора, либо модифи­кацией МПС в контролепригодную (контролепригодное проектирова­ние). При этом необходимо при­держиваться следующих правил.

1. Стремиться к увеличению управляемости и наблюдаемости МПС путем введения на стадии разработки дополнительных логических элементов (рис.79), организации дополнительных внешних входов и выходов, использования механических разрывателей внутренних связей (сокетов, перемычек, тумблеров и т.д.).

2. Обеспечивать разрывы петель "обрат­ной связи".

3. Особое внимание уделять генератору тактовых импульсов.

4. Цифровые и аналоговые узлы распола­гать физически изолированно.

5. Избегать использования монтажного "ИЛИ" или "И" (или хотя бы обеспечивать малый коэффициент объеди­нения по входу или выходу).

6. Многоразрядные счетчики должны иметь возможность разделе­ния.

7. Избегать совместного применения ИС и БИС с разными пороговыми уровнями напряжений.

8. Обеспечивать возможность выключения резерва.

9. Все неиспользуемые входы логических элементов подключать через резистор к соответствующим шинам питания или земли.

10. Вводить в МПС контролирующую индикацию и схемные тест-программы (контроль четности и др.).

При отсутствии доступа к магистрали тестирование можно осу­ществить через контроллер ПДП системы или другие устройства вво­да-вывода.

Наиболее трудно обнаруживаемы случайные неисправности, поэто­му необходимо при отладке использовать методы перевода их в по­стоянные.

1. Метод "калиброванного кулака" - система подвергается лег­ким механическим воздействиям, в результате чего неисправность либо исчезает (короткое замыкание металлической пылью), либо пе­реходит в постоянную (окончательное разрушение контакта).

2. Изменение питающего напряжения.

3. Изменение частоты синхронизации.

4. Метод двойного счета (контроля) - простое повторение диагностической процедуры.

Для тестирования БИС необходимо знание ее организации, без которого невозможно осуществить диагностику. Так, для запоминаю­щих устройств произвольной выборки характерны следующие особен­ности: содержимое не фиксировано, они энергозависимы, возможна динами­ческая организация (период регенерации обычно составляет 2 мс) и др. Перечислим некоторые методы проверки ЗУ: последовательная запись и считывание; метод шахматного кода; метод диагонали; метод обращения по прямому и дополняющему адресу; метод "бегущей 1 (0)"; попарное считывание; метод сдвигаемой диагонали, и др.

Целенаправленная проверка предполагает умение правильно выб­рать инструментальные средства и подход к проверке - дерево поис­ка (последовательность поиска неисправностей). МПС следует рас­сматривать как ядро (состоящее из МП, магистрали и ее адаптера, схем синхронизации и сброса, линий питания), которое окружено периферией (ОЗУ, ПЗУ, прочие БИС). Для проведения основных проверок ядро должно исправно функционировать.

При проверке ядра используют метод "свободного счета". Для этого путем блокирования периферийных БИС устанавливают на магис­трали любую команду, не включающую в себя передачу управления (например, "нет операций"); в результате МП переходит в режим по­следовательного опроса адреса. Таким образом, проверяются схемы синхронизации, шины адреса на обрыв и замыкания. Меняя команды так, чтобы на ШД присутствовала только одна логическая "1" (или "0"), можно проверить исправность ШД и ШУ.

Рис.80	Рис.81

Для локализации короткого замыкания на шинах, в фильтрующих конденсаторах без разрезания секций целесообразно применять метод цифрового вольтметра, суть которого пояснена на рис.80, либо вос­пользоваться бесконтактным индикатором тока, который укажет путь тока через "замыкающее" звено.

Можно рекомендовать следую­щую последовательность процедур в "дереве поиска неисправностей".

1. Проверка питающих напряжений и линий питания на короткое замыкание.

2. Проверка линий синхронизации.

3. Проверка в режиме "свободного счета" шин сброса, готовно­сти, ША, ШД, магистральных усилителей.

4. Проверка работы МП на выполнение системы команд в укороченном варианте (исполнение в принципе).

5. Проверка ОЗУ и ПЗУ системы.

6. Проверка периферийных БИС. Для этого необходимо иметь средства индикации незамкнутых информационных концов портов, интерфейсов, АЦП, ЦАП и др.

При отладке необходимо учитывать следующие рекомендации.

1. Подозревать МП в неисправной МПС следует в последнюю оче­редь.

2. Использование разъемов снижает достоверность результатов.

3. Целесообразно прежде всего обращаться к тем компонентам, которые можно легко проверить и заменить.

4. Желательно провести предварительный внешний осмотр электрических соединений и контактов и промыть их.

В целом результаты отладки в значительной степени зависят от предыдущего опыта разработчика.

Проверка корректности программ (на соответствие внешним спецификациям) осуществляется тестированием путем ввода различных исходных данных и сравнения результатов функционирования с эта­лонными значениями. Для начального тестирования используют два способа: пошаговый режим и трассировку программ.

В пошаговом режиме программа выполняется по одной команде или по одному циклу команды за один раз с последую­щим анализом содержимого программно-доступных регистров и ЗУ. Данный способ весьма трудоемок, но является сильным средством от­ладки программы.

При трассировке программы отладчик выполняет команду за командой, а также регистрирует последовательность испол­няемых операторов и содержимое регистров МП (то есть создает трассу). Поиск ошибок ведется посредством анализа трассы програм­мы.

Отдельные отлаженные участки программы проверяются затем с помощью установки в них контрольных точек, прерывающих исполнение программы для передачи управления отладчику с последующим анали­зом результатов ее работы. Предусматриваются различные условия прерывания (по завершении команды, при чтении или записи данных в ЗУ и др.).

Отлаженная с помощью кросс-системы программа загружается посредством программатора в перепрограммируемое ПЗУ (ППЗУ) для дальнейшей отладки совместно с АС МПС с помощью логических и сигнатурных анализаторов, макетных систем с внутрисхемными эму­ляторами, которые подключаются к разработанной системе вместо МП через разъем (сокет) для моделирования его работы. Пример макетной системы, позволяющей диагностировать "обрамление" с помощью заведо­мо годной МП, реализуя любой программный тест, приведен на рисунке 82.

Рис.82

Список литературы

1. Пузанков Д.В., Александров Е.К., Грушвицкий Р.И., Куприянов М.С., и др. Микропроцессорные системы. С.-П.: Политехника, 2002. 935 c.

2. Кузин А.В., Жаворонков М.А. Микропроцессорная техника. М.: ИЦ "Академия", 2004. 304 c.

3. Костров Б.В., Ручкин В.Н. Микропроцессорные системы. Учебное пособие. М.: ТЕХБУК, 2005. 208 c.

4. Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. Курс лекций. М.: ИНТУИТ. РУ, 2003. 440 c.

5. Баев Б.П. Микропроцессорные системы бытовой техники. М.: Горячая Линия -Телеком, 2005. 480 c.

6. Тавернье К. PIC-микроконтроллеры. Практика применения. М.: ДМК-пресс, 2004. 272 c.

7. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине "Микропроцессоры в конструкции и технологии ЭВС" / Авт.-сост. В.Н.Невзоров. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2008.

8. Вершинин О.Е. Применение микропроцессоров для автоматизации технологических процессов. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 208 с.

9. Микропроцессоры. В 3-х книгах. М.: Высшая школа, 1986.

10. Рафикузаман М. Микропроцессоры и машинное проектирование микропроцессорных систем. В 2-х книгах. М.: Мир, 1988.

11. Джонс Д.К. Методы проектирования. М.: Мир, 1986. 328 с.

12. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры: инженерные решения. М.: Радио и связь, 1986. 264 с.

13. Балашов Е.П., Пузанков Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы. М.: Радио и связь, 1981.

14. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. М.: Радио и связь, 1997. 336 c.

15. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных схем (справочник). В 2-х томах. М.: Радио и связь, 1988.

16. Сташин В.В, Урусов А.В., Мологонцева А.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М.: Энергоатомиздат, 1990. 224 с.

17. Корячко В.П. Микропроцессоры и микроЭВМ в радиоэлектронных средствах. М.: Высшая школа, 1990. 408 с.

18. Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для ПК типа IBM PC. М.: ЭКОМ, 2000. 224 c.

19. Коффрон Д. Технические средства микропроцессорных систем. М.: Мир, 1983. 344 с.