Введение к работе
Широкое распространение компьютерных технологий во всех отраслях экономики повышает требования к качеству и эффективности используемой вычислительной техники. Важную роль в вопросах повышения ее надежности играют системы автоматизированной диагностики, включающие в себя тестовое диагностирование. Эффективность автоматизированных систем тестового диагноза, основанных на подаче на испытуемый объект специальво организуемых (тестовых) воздействий, в значительной мерс зависит от применяемых методов и алгоритмов построения проверяющих тестов.
Исследованиям проблем диагностики и проектирования отказоустойчивых цифровых устройств (ЦУ) посвящены проводящиеся регулярно международные симпоаи-умы, конференции и школы-семинары: Всемирная конференция по тестированию (IEEE Test Conference), Европейская конференция по тестированию (Euro Test Conference) и др., межгосударственные (по странам СНГ) совещания в школы-семинары по технической диагностике ЦУ. Все это красноречиво говорит о чрезвычайной актуальиости исследования проблем диагностики цифровых схем.
Актуальность. Постоянный прогресс микроэлектронных технологий, совершенствование элементной базы и архитектуры, резкое повышение степени интеграции ЦУ делает невозможным их разработку и производство без применения эффективных систем автоматического проектирования и диагностики цифровых схем. Их применение позволяет существенно повысить надежность и качество ЦУ, сократить время, необходимое для разработки, тестирования и запуска в серийное производство новых ЦУ,
Важными компонентами таких систем являются подсистемы логического моделирования и генерации тестов. В настоящее время существует ряд эффективных методов диагностики комбинационных цифровых схем. Однако, исследования в данном направлении не прекращаются, поскольку современные методы проектирования контро-лепригодных цифровых устройств (LSSD, SCAN-design), сводятся к построению проверяющих тестов для комбинационных схем (как правило высокой степени сложности). Применяемые же сейчас методы не всегда позволяют строить тесты необходимой полноты из-за неудовлетворительных показателей быстродействия.
Проблема разработки алгоритмов диагностики последовательностных схем исследована гораздо хуже вследствие неопределенности начального состояния устройств и явления состязаний. В настоящее время не существует точных структурных методов генерации тестов (даже без учета состязаний). К точными относятся только методы,
основанные на теории экспериментов с автоматами. Однако, эти методы требуют построения автоматной модели диагностируемого устройства, не учитывают структурные свойства схемы и генерируют тестовые последовательности чрезвычайно большой длины. Построение же автоматной модели н ее обработка для цифровой схемы является очень трудоемким процессом. Тесты, генерируемые при помощи существующих структурных методов, зачастую обладают невысокой полнотой, в силу недостаточной степени быстродействия я точности применяемых алгоритмов.
Вследствие выше указанных причин возникает необходимость разработки новых более эффективных методов автоматической генерации тестов и моделирования для комбинационных цифровых устройств и точных методов построения тестов и моделирования для последовательностных цифровых схем.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Тематика диссертационной работы и использование ее результатов связаны с выполнением НИР №0194иО225б0 "Разработка основ теории и прикладного программного обеспечения идентификации дискретных систем", комплексной программой НАН Украины "Техническая диагностика и неразрушающий контроль" пункт "Система автоматичен ского моделирования и диагностирования (АСМИД) дискретных устройств".
Цель и задачи исследования.
Целью работы является повышение эффективности автоматического диагностирования логических схем.
Основные задачи. Для достижения цели решаются следующие задачи:
-
разработка эффективных методов событийного моделирования исправных и неисправных комбинационных логических схем;
-
разработка эффективного структурного метода построения тестов для комбинационных ЦУ, существенно сокращающего временные затраты для процесса генерации тестовой последовательности;
-
разработка метода моделирования последовательностных ЦУ с неисправностями, позволяющего точно определять полноту заданной тестовой последовательности;
-
разработка методов построения тестов для последовательностных ЦУ, решающих задачу обнаружения множества неисправностей, не тестируемых существующими структурными методами.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем: 1) Разработан метод построения проверяющих тестов для комбинационных ЦУ, обладающий существенно улучшенными показателями быстродействия и полноты постро-
енных тестов но-сравнению с существующими методами вследствие существенного сокращения пространства поиска, основанного на применении 16-значной логики и усовершенствованных процедур импликации. Также разработаны новые метода моделирования исправных и неисправных комбинационных схем, обладающие более высокими степенью точности отображения поведения реального ЦУ и степенью быстродействия, благодаря использованию единой системы многозначных логик.
-
На основе полученных линейных представлений характеристических и комбинированных характеристических функций, позволяющих аналитически выявлять условия активизации неисправностей, и применения стратегии кратного наблюдения разработан точный структурно-аналитический метод построения тестов для последователь-ностных устройств.
-
Разработан новый структурный метод генерации тестов для последовательностных схем, позволяющий строить тесты для множества неисправностей, не диагностируемых существующими структурными методами. Метод основывается на активизации путей с применением универсального 16-значного алфавита и единой системы многозначных функций и кратной стратегии наблюдения выходных реакций.
-
Предложен точный метод символьного моделирования последовательностных цифровых устройств с неисправностями, использующий предложенный оригинальный критерий обнаруживаемосги неисправности, основанный на кратной стратегии наблюдения и использовании аппарата характеристических функций. Применение данного критерия позволяет методу точно определять обнаруживаемость неисправности тестом за один проход по схеме а оценивать тестируемость неисправностей, не обрабатываемых существующими структурными методами моделирования с неисправностями с применением одиночной стратегии наблюдения.
-
Предложен метод генерации тестов для последовательностных цифровых схем на основе предложенного символьного моделирования с неисправностями. Метод реализует возможности точных автоматных методов построения тестов на структурном уровне.
Практическая пенность результатов, полученных в диссертационной работе, состоит в разработке и программной реализации новых эффективных методов и алгоритмов построения тестов для комбинационных и последовательностных дискретных устройств. Эти методы позволяют увеличить полноту получаемых тестов на 20%, существенно сократить их длину и сократить временные затраты на 30%.
Программные модули, полученные в результате реализации разработанных методов, обладают высокими эксплуатационными характеристиками: широкой областью применения, высокой производительностью. Они интегрированы в систему моделирования и диагностирования ЦУ АСМИД-П и апробированы при генерации тестов реальных цифровых схем международного каталога ISCAS85, ISCAS89, на которых принято по международных! стандартам проверять новые методы диагностики логических схем. Система АСМИД-П использовалась при проектировании и диагностировании цифровых схем шахтной автоматики в ОАО Автоматгормаш (г.Донецк).
Результаты работы также использованы в учебном процессе кафедр промышленной электроники и автоматизированных систем управления Донецкого государственного технического университета.
Личный вклад соискателя. В совместных работах "Система логического моделирования и генерации тестов на персональных компьютерах АСМИД-П" (в материалах XII Международной межвузовской школы-семинара "Методы и средства технической диагностики", 1995) и "Система логического моделирования и генерации тестов АСМИД-П" (в журнале "Управляющие системы и машины", 1996, №1,2) автором разработаны методы логического моделирования исправных и неисправных комбинационных логических схем с использованием 1б-значного алфавита, детерминированный структурный метод построения проверяющих тестов в 16-значном алфавите для комбинационных цифровых устройств.
Агчч^пн* работы. Основные научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
XII Міжнародній міжвузівській школі-семінарі "Методи і засоби технічної діагностики", Івано-Франківськ, 1995;
9th Conference of the European Consortium for Mathematics in Idustry, Technical University of Denmark, Copenhagen, Denmark, 1996;
XIII Международной межвузовской школе-семинаре "Методы и средства технической диагностики'', Йошкар-Ола, 1996;
3-й Українській конференції з автоматичного керування "АВТОМАТИКА 96", Севастополь, 1996;
5th Biennial Baltic Electronics Conference, Tallinn, Estonia, 1996;
Международной конференции "Моделирование н исследование устойчивости систем", Киев, 1997;
XIV Міжнародній міжвузівській школі-семінарі "Методи і засоби технічної діагаостики", Івано-Франківськ, 1997;
на семинарах отдела теории управляющих систем института прикладной математики и механики НАН Украины.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе З в статьях научных журналов, 4 в материалах международных конференций, 2 тезисах конференций, 1 в сборнике трудов, 1 в депонированной рукописи.
Структур* и объем работы. Диссертационная работа на 142 страницах состоит и* введения, 4 разделов, выводов, изложенных на 133 страницах, содержит 22 рисунка, 14 таблиц, список использованных источников из 106 наименований на 9 страницах.