Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Микропроцессоры и микропроцессорные системы - файл 1.doc


Лекции - Микропроцессоры и микропроцессорные системы
скачать (2465.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc2466kb.24.11.2011 12:18скачать

1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10



  1. ^

    Системы проектирования и отладки МПС

1.26.Проблемы и особенности отладки МПС



Поиск неисправностей в аппаратуре МПС существенно более сложен, чем в аппаратуре, реализованной на дискретных элементах, ИС или СИС. Отметим основные особенности отладки МПС.

  • ^ Высокая сложность БИС. Так, даже относительно несложный МП i8080 содержит около 200 элементов памяти и, следовательно, около 2200 внутренних состояний. Для простого перебора этих состояний с частотой 1 МГц потребуется 1046 лет. Следовательно, полный контроль МП БИС невозможен. В процессе эксплуатации могут проявиться некоторые неисправности, не обнаруженные изготовителями (а иногда и разработчиками) БИС. Эти неисправности проявляются, как правило, довольно редко и обусловлены взаимным влиянием отдельных элементов БИС. Они могут приводить к редким и нерегулярным сбоям.

  • ^ Малое число контрольных точек схем. Большинство узлов структуры БИС физически недоступно для непосредственного контроля и воздействия. Доступ к внутренним элементам БИС возможен только программными средствами, причем для доступа к требуемой точке схемы необходимо часто подавать довольно сложную последовательность сигналов и синхронно анализировать длинную последовательность состояний в точках, доступных для контроля.

  • ^ Неразделимость аппаратуры и программного обеспечения. Аппаратура и ПО МПС представляют единый комплекс, причем часто трудно провести между ними четкую границу. Например, в контроллерах с микропрограммным управлением программы пользователя могут быть погружены на микропрограммный уровень.

  • ^ Сложность и неразделимость аппаратных средств БИС. МПС практически невозможно разделить на функциональные блоки для независимой проверки работоспособности этих блоков. Одна БИС содержит, как правило, несколько функциональных блоков (АЛБ, управление, интерфейс и др.). С другой стороны, некоторые функциональные блоки (чаще всего - устройство микропрограммного управления, подсистема прерываний) распределены по нескольким БИС, которые, кроме того, выполняют и другие функции. Поэтому генерация требуемых тестовых воздействий на такие блоки осуществляется другими блоками схемы под воздействием программного управления, что затрудняет локализацию неисправностей.

  • ^ Необходимость одновременного контроля состояния шин. Обычно в МПС имеется несколько десятков линий, объединенных в группы по функциональному признаку (шины данных, адреса, управления, состояния и др.). При тестировании МПС средствами программного управления необходимо отслеживать состояние шин в течение достаточно длительного промежутка времени и/или фиксировать однократные события на шинах (например, появление на шине определенного кода или определенной последовательности кодов).

  • ^ Высокое быстродействие МПС. Тактовая частота современных МПС составляет 106. . 108 Гц, что предъявляет серьезные требования к быстродействию контрольной аппаратуры.

  • ^ Шинная организация МПС предполагает, что на общую шину может работать несколько источников, подключенных к ней через буферные схемы. Это приводит к трудностям при определении источника ошибки на шине.

Отмеченные выше особенности МПС затрудняют поиск неисправностей в ней. Однако, можно выделить особенности МПС, позволяющие упростить процедуру тестирования, особенно на этапе эксплуатации.

  • ^ Способность к самоконтролю. Как только отлажена тактовая система МПС и начал работать контур программного (микропрограммного) управления, появляется возможность использования процессора отлаживаемой МПС для сбора и обработки информации о состоянии элементов МПС. Исполнение различных тестовых программ дает возможность проверить работу ячеек ОЗУ, портов ввода/вывода, магистралей; подсчет контрольных сумм позволяет оценить работоспособность ПЗУ. Иногда возможна и локализация неисправностей - с точностью до разряда или адреса. Использование для тестирования внутренних ресурсов МПС резко уменьшает объем информации, которую требуется фиксировать внешней контрольной аппаратурой. При этом основной объем работ переносится с разработки контрольных процедур для контрольно-испытательной аппаратуры на составление тестовых программ в языке МП контролируемой МПС.

  • ^ Стандартная форма сигналов. В большей части, а иногда и во всей МПС действуют стандартные цифровые сигналы, которые требуется идентифицировать лишь на принадлежность к "0" или "1". Прибегать к измерениям аналоговых величин - длительностей фронтов, амплитуд и т.п. приходится лишь при отладке аналоговых элементов схемы.
^

1.26.1. Особенности отладки МПС на разных этапах ее существования.


Существенно отличаются по сложности поиска и характеру неисправностей процедуры отладки МПС на различных этапах ее существования. Можно выделить три типа процедур отладки МПС:

  • отладка опытного образца (макета);

  • отладка в процессе серийного производства;

  • отладка в процессе эксплуатации.

В процессе отладки опытного образца выявляются и устраняются следующие типы ошибок:

  • ошибки разработчика (в том числе ошибки документации);

  • ошибки соединений (дефекты печатных плат, ошибки монтажа);

  • ошибки программного (микропрограммного) обеспечения, в том числе ошибки тестовых процедур. Отсутствие отлаженных непосредственно на этой МПС тестовых процедур создает неопределенность при поиске источника ошибок программа или аппаратура? Отладка опытного образца ведется при помощи сложной, разнообразной и дорогостоящей аппаратуры (запоминающие многолучевые высокочастотные осциллографы, логические анализаторы, комплексы развития и др.) персоналом высокой квалификации - чаще всего самими разработчиками.

На этапе отладки серийного изделия предполагается, что ошибки разработчика (в аппаратуре и программах) устранены. Производственный контроль осуществляется путем функциональных испытаний МПС-плат на мощных установках промышленного контроля, снабженных хорошо разработанной системой тестов. Реакция проверяемой платы сравнивается с эталоном (физическим, вычисляемым или хранимым в памяти). По результатам сравнений выдается сообщение "Годен" - "Не годен"; локализация неисправностей осуществляется только до уровня ТЭЗа или не проводится вовсе. Для осуществления такого контроля можно привлекать персонал невысокой квалификации. Неисправные изделия возвращаются на участки, где их отладка проводится на специализированных стендах квалифицированными регулировщиками.

Поиск неисправностей в МПС на этапе эксплуатации осуществляется в основном средствами самодиагностики или специальной, но достаточно простой аппаратурой (например, сигнатурными анализаторами).
^

1.27.С
татические отладчики


Работа однопроцессорных МПС сводится к последовательности машинных циклов, в каждом из которых МП формирует адрес на шине адреса, управляющие сигналы на соответствующих линиях управления и выдает или принимает данные по шине данных. Простейшим отладочным средством - статическим отладчиком (Рис. 12.109) - можно сымитировать действия МП в машинном цикле.

Рис. 12.109. Устройство тестирования статическими сигналами

Действительно, установив на шинах адреса и данных определенные коды, а на управляющих линиях - комбинацию, соответствующую, например, записи в память, можно убедиться в правильности прохождения сигналов (потенциалов) адресной селекции блоков памяти или УВВ, управляющих сигналов. В режимах чтения можно наблюдать на индикаторах шины данных содержимое ячеек ПЗУ, ОЗУ или ВУ.

Такой метод проверки не требует сложного контрольного оборудования. Отметим, что устройство тестирования статическими сигналами (УТСС) может осуществлять управление системой точно так же, как и микропроцессор - естественно, с другими временными характеристиками. Средствами УТСС можно даже выполнить небольшую программу, при этом интерпретировать коды команд должен оператор.

Однако, УТСС не позволяет отладить систему в режиме реального времени, оценить временные характеристики и соотношения сигналов. Для этих целей служат другие, значительно более сложные приборы.

^

1.28.Логические анализаторы


Отмеченные в п. 10.1 особенности и сложности отладки МПС вызвали появление принципиально новых приборов для отладки. Помимо традиционных генераторов сигналов (генераторов последовательностей), осциллографов, вольтметров, частотомеров и др. появились логические и сигнатурные анализаторы, комплексы развития и другие сложные цифровые отладочные приборы и комплексы.

Отладка аппаратуры МПС начинается с проверки работоспособности источников питания и схем синхронизации. Такая проверка может осуществляться традиционными приборами - вольтметром, частотомером, осциллографом. Далее, убедившись в нормальной работе этих устройств, переходят к анализу последовательностей логических сигналов в различных точках схемы. При отладке МПС, как правило, требуется анализировать логические уровни одновременно во многих точках схемы, причем необходимо фиксировать достаточно длинные последовательности значений в каждой анализируемой точке. Приборы, предназначенные для:

  • регистрации последовательностей логических сигналов одновременно и синхронно во многих точках схемы и на протяжении значительного временного интервала;

  • регистрации последовательности состояний в связи с редкими (однократными) событиями - по условию;

  • регистрации состояний контрольных точек в некотором интервале времени, предшествующем выбранному оператором событию;

  • о
    тображения зафиксированных результатов в удобной для оператора форме (временные диаграммы с масштабированием во времени, таблицы, графы переходов и др.) –

называются логическими анализаторами (Рис. 12.110).

Рис. 12.110. Структура логического анализатора

Основой любого логического анализатора (ЛА) является запоминающее устройство, фиксирующее текущий поток двоичных последовательностей.

Кроме памяти объемом N n-разрядных слов, в состав ЛА входит устройство синхронизации, управляющее моментами фиксации состояний в ОЗУ и устройство отображения.

Логический анализатор может работать в одном из трех основных режимов: настройка, регистрация, индикация.

В режиме настройки оператор согласно плану измерений подключает входы прибора к выбранным точкам схемы, устанавливает порог срабатывания входных компараторов в соответствии с уровнями логических сигналов контролируемых элементов, задает режим регистрации (квалификаторы тактов и условия запуска - см. ниже).

В режиме регистрации ЛА через входные компараторы принимает n-мерные вектора логических состояний и записывают их в последовательные ячейки ОЗУ. При переполнении памяти запись снова производится по начальным адресам. Таким образом, в режиме регистрации в ОЗУ ЛА всегда хранятся N последних векторов состояний.

В режиме индикации прекращается регистрация состояний схемы и текущее содержимое ОЗУ индицируется в удобной для оператора форме.

Основные блоки ЛА.

Входные компараторы-усилители обеспечивают развязку исследуемых точек схемы и измерительных цепей и настройку ЛА на логические уровни проверяемой схемы.

ОЗУ обеспечивает фиксацию векторов состояний схемы с требуемой частотой.

Важным блоком ЛА, существенно влияющим на его функциональные возможности, является формирователь тактов. Такты записи в ОЗУ (фиксации) могут вырабатываться самим ЛА или поступать от проверяемой схемы (соответственно асинхронная и синхронная регистрация).

Выбор частоты регистрации зависит, с одной стороны, от целей испытания схемы, с другой стороны - от объема ОЗУ.

Для того, чтобы исследовать временные соотношения между фронтами логических сигналов частота регистрации, как минимум, должна на порядок превышать тактовую частоту исследуемой схемы. При асинхронной регистрации погрешность определения положения фронта импульса равна периоду регистрации, поэтому при низких частотах регистрации временные соотношения между зарегистрированными сигналами может существенно отличаться от реальности. На Рис. 12.111 иллюстрируется это обстоятельство. На нем показаны реальные сигналы A, B и их образы A1, B1, A2, B2 при различных частотах регистрации - f1 и f2 соответственно.

A














































































































































































































































B














































































































































































































































f1














































































































































































































































A1














































































































































































































































B1














































































































































































































































f2














































































































































































































































A2














































































































































































































































B2





















































































































1   2   3   4   5   6   7   8   9   10



Скачать файл (2465.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации