Введение к работе
рОСГ^'-~."-л-^ .
Актуальность темы. Обеспечение высокого уровня надежного функционирования вычислительных систем приобретает в настоящее время первостепенное значение . Это связано как с увеличением сферы применения вычислительных машин, так и с ответственностью решаемых голи задач . Одной из важных составляющих достижения высоких показателей надежности ЭВМ является разработка и применение эффективных методов , алгоритмов и программных средств технического диагностирования. Совершенствование технологии про-зводства, появление больших и сверхбольших интегральных схем и связагашй с этим рост сложности задач тестового диагностирования обусловил необходимость пересмотра традиционных подходов при проведении контроля современных дискретных устройств. Одним из многообещающих подходов диагностирования СБИС в настоящее время признан подход , основанный на концепции самодиагностирования, когда контроль технического состояния и правильность функционирования производится за счет встроенных в кристалл автономных средств тестирования.
К числу наиболее универсальных и перспективных представителей современных СБИС относятся программируемые СБИС с матричной архитектурой , позволяющие компоновать систолические матрицы и вычислительные среды , которые будучи регулярными по структуре и однородными по составу обеспечивают гибкость и высокую производительность при решении сложных задач обработки информации. В тожо время проведенный в диссертационной работе анализ показывает, что применение существующих методов самодиагностирования к программируемым СБИС оставляет без учета наиболее существенный фактор таких СБИС - регулярность внутренней структуры. Неучет
данного фактора ведет к снижению таких важных показателей систе мы самодиагностирования как аппаратурная избыточность, достоверность результатов диагностирования и скорость выполнения процэ -дур тестового и функционального контроля.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов , алгоритмов и программных средств синтеза программируемых БИС(СБИС) с самодиагностированием, обеспечивающих максимальную эффективность тестовых и функционалышх средств диагностирования , а также апробация работоспособности средств самодиагностирования при их практическом использовании.
Указанная цель достигается путем:
анализа и разработки методов проектирования самотестируемых программируемых БИС, СБИС;
анализа и разработки методов обеспечения самопроверяемости программируемых БИС, СБИС;
разработки алгоритмов и программных средств построения тестов, синтеза самодиагностируемых программируемых СБИС , а также программных средств оценки избыточных структур СБИС с резервированием.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы теория и методы технической диагностики, булевой алгебры , математический аппарат теории вероятностей, теория кодирования, теория линейных последовательностных машин. Программные средства разработаны на базе современных методов системного и прикладно го программирования.
Научная новизна работы. Научная новизна результатов, полученных в работе .связана с дальнейшим развитием теория функци онального и тестового самодиагностирования дискретных устройств на программируемых больших и сверхбольших интегральных cx»m-jx и
заключается в следующем:
-
Предложен новый метод проектирования генераторов тестових последовательностей , позволяющий эффективно управлять процессом построения теста.
-
Предложена новая реализация метода внутрисхемного псевдо-исчепывающего самотестирования СБИС ПЛМ с целью уменьшения аппаратурных затрат и улучшения надекностшх параметров схемы при организации ее самодиагностирования.
-
Разработаны и исследованы на ППЭВМ алгоритмы синтеза са-мопроверяомнх схем встроенного контроля для организации полной самопроверки в программируемых СБИС.
-
Обоснована необходимость и доказаны теоремы по кодированию внутренних и выходных переменных несовместных СБИС ШШ равновесными m/n-кодами , кодом Бергера, кодом с контролем на четность.
-
Предложены структурная и программная модели реализации
в программируемых СБИС процессов самодиагностирования , реконфигурации и самовосстановления для исследования надежностных характеристик и выбора отказоустойчивых проектируемых структур. Получены предельные оценки достоверности предлагаемых методов. Основные результаты, выносимые на защиту .
-
Метод построения генераторов тестовых воздействий само-тостнруемнх программируемых СБИС, отличием от известных методов которого является сокращение до 16 % аппаратурной избыточности. при реализации схемы генератора и уменьшение в 100 и более раз длгаш тестовой последовательности.
-
Метод синтеза самопроверяемых генераторов тестовых воздействий, позволяющий минимизировать аппаратурную избыточность (П.1-0.4%) и обеспечивать высокую достоверность диагностирования
(100* для расширенного класса одиночных константных и неконстантных неисправностей как обьекта диагностирования так и схемы встроенного контроля).
-
Метод диагностической декомпозиции псевдоисчерпывающего самотестирования СБИС ПЛМ , позволяющий сокращать аппаратурные затраты в среднем на 4 Ж и улучшать время фушсционирования СБИС ПЛМ в режиме самотестирования на 30 - 60 % .
-
Анализ моделей неисправностей несовместных СБИС ПЛМ, позволяющий получать оценки обнаруживающих свойств схем встроенного контроля.
-
Алгоритмы проектирования схем встроенного контроля двухпроводных и кодов с контролем на четность, обеспечивающие 100 % полноту обнаружения одиночных неисправностей как в диагностируемой схеме, так и в схеме встроенного контроля.
-
Комплекс программ синтеза и анализа самодиагностируемых СБИС ПЛМ , позволяющий проектировать и оценивать различные реализации СБИС с самодиагностированием.
-
Результаты экспериментального исследования программируемых СБИС с самодиагностированием.
Достоверность полученных результатов. Обоснованность приводимых в диссертационной работе результатов и выводов обеспечивается :
корректным применением аппарата теории технической диагностики , теории кодирования , теории вероятностей , булевой алгебры:
доказательством математических утверждений;
применением методов математического моделироваїшя;
созданием на основе полученных в работе методов и алгоритмов программных средств синтеза и анализа самодиагнсстнруемих
программируемых СБИС.
Практическая ценность. Научные результаты , полученные в диссертационной работе, предназначены для использования в области технической диагностики и автоматизации проектирования надежных программируемых БИС, СБИС - синтезе самодиагностируемых и самовосстанавливаемых матричных кристаллов. При работе над диссертацией был разработан комплекс программ синтеза и анализа самодиагностируемых СБИС типа программируемых логических матриц. Разработашше программные средства внедрены на НПО "Электронпри-бор" г. Ярославля и НПО "Интеграл" г. Минска. Годовой экономический эффект от внедрения программных средств в ценах 1990-91 гг. составил на НПО "Электронприбор" - 89512 рублей , на НПО "Интеграл" 73418 рублей. Акты внедрения и расчеты экономического эффекта содержатся в приложении к диссертационной работе.
Разработашше программные средства оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 19.005-85 и сданы в республиканский фонд алгоритмов и программ MHO Республики Беларусь.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на республиканской научно-практической конференции творческой молодежи (г.Минск, 1990), на 1-й Всесоюзной конференции "Однородные вычислительные среды и систолические структуры"(г.Львов,1990), на 7-й Всесоюзной школе-семинаре "Распараллеливание обработки информации "(г.Львов, 1989 г.) на Всесоюзной научно-технической конференции "Проектирование вычислительных средств"(г.Каунас, 1989, г.), на республиканской научно технической конференции молодых ученых и специалистов (г.Минск, Г989 г.), на Всесоюзной научно-технической конференщш "Микропроцессорные средства локальной автоматики"(г.Гродно, і'.;Г>9г. ), па Международной школе молодых ученых и специалистов
"Новые информационные технологии в САПР"(г.Гурзуф,IS9I г.), а также на семинарах кафедры МО ЭВМ факультета прикладной математики Белгосуниверситета.
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 17 печатных работах : 6 статьях, 10 тезисах докладов , одном отчете о НИР.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения , четырех глав и заключения. Ее обьем составляет 197 страниц машинописного текста, в том числе 44 рисунка , 30 таблиц , 31 график, список литературы , включающий 85 наименований и приложение.