Для проведения сигнатурного анализа необходимо иметь:
1) источник тестовой последовательности;
2) сдвиговый регистр с обратными связями и сумматором по модулю 2, снабженный индикатором содержимого регистра;
3) сигналы, отмечающие начало и конец теста ("Пуск" и "Стоп") и синхросигнал, обеспечивающий прием в СА установившегося значения реакции. "Пуск" и "Стоп" ограничивают "измерительное окно" - интервал времени, в течении которого накапливается сигнатура.
Система, подвергающаяся сигнатурному анализу, должна отвечать определенным требованиям. В частности, она не должна содержать цепей обратной связи или они должны быть разомкнуты на период проверки системы с помощью СА. Несоблюдение этого требования приводит к невозможности локализовать неисправный элемент, входящий в контур, охваченный обратной связью. На Рис. 12.8 приведен фрагмент цифровой схемы, содержащий замкнутый контур A-B-D-E-E'-A.
Рис. 12.8. Сигнатурный анализ схемы с контуром обратной связи
Предположим, элемент D2 неисправен. Очевидно, в точке B будет получена неверная сигнатура. Тогда неверные сигнатуры будут получены и во всех других точках схемы, для которых сигнал в точке B является источником. На Рис. 12.8 - это точки C,D,E,E', A. Таким образом, в выделенном контуре нет элемента, на входах которого были бы верные сигнатуры, что не позволяет локализовать неисправный элемент.
Если в контур, охваченный цепью обратной связи (ОС), входит небольшое число элементов, то иногда бывает достаточно средствами СА локализовать неисправность с точностью до контура (группа элементов), а отыскивать неисправный элемент обычным "ручным" способом, например с помощью осциллографа.
Если схему охватывают многочисленные цепи ОС, включающие в контура большое число элементов, то для контроля такой схемы методом СА требуется предусматривать дополнительные аппаратные средства, например переключатели, размыкающие ОС на период контроля схемы (переключатель «Тест – Работа» на Рис. 12.8). Разумеется, что и при получении эталонных сигнатур на заведомо исправных системах эти переключатели так же должны быть разомкнуты.
МПС в целом охвачена цепью ОС по контуру программного управления. Для применения СА достаточно иметь возможность в режиме тестирования отключать шину данных от входа МП.
В качестве теста для получения сигнатур может применяться как специально написанная программа, так и какая-нибудь программа пользователя, если она, по мнению разработчика, использует в достаточной мере все устройства МПС. Тестовая программа может помещаться в специальном ПЗУ или в свободной области системного ПЗУ. Тестирование с помощью "встроенного" теста возможно лишь при исправном ядре МПС, причем сам СА в этом случае может быть "пассивным" - содержать только сумматор по модулю 2, сдвиговый регистр и индикатор.
При необходимости полного контроля МПС требуется т.н. "активный СА", содержащий, помимо перечисленного выше, генератор тестовых последовательностей. Схема испытания МПС с помощью такого прибора показана на Рис. 12.9.
Обычно активный СА подключают к МПС прямо через панельку удаленного МП. При этом проблема размыкания цепей ОС по шине данных решается автоматически. Если снабдить активный СА средствами хранения эталонов и сравнения, то процесс контроля можно автоматизировать. Действительно, тестовое воздействие, а следовательно, и "окно" вырабатывается самим СА. Сигнатуры в точках МПС можно снимать не прибегая к помощи зонда, т.к. эти цепи заведены в прибор по тому же кабелю, по которому выдаются тестовые воздействия.
12.5.
Системы проектирования МПС
Важной особенностью МПС является неразрывная связь аппаратуры, программного (микропрограммного) обеспечения и объекта управления. Поэтому никакие действия по отладке ПО в рамках кросс-средств, отладки аппаратуры методами статического и динамического тестирования не позволяют считать, что МПС полностью отлажена и готова к эксплуатации. Для МПС нельзя говорить о работоспособности аппаратуры без испытания ее с помощью рабочих программ или о готовности ПО без испытания его на реальной аппаратуре.
Важнейшим этапом разработки МПС является совместная отладка аппаратуры и ПО (МПО). Для такой отладки используются специальные технические и программные средства, которые обеспечивают организацию взаимодействия макета разрабатываемого изделия и отлаживаемых программ (микропрограмм).
Рис. 12.9. Применение активного СА
Для этого необходимо: 1) передавать объектные коды программ (микропрограмм), полученные с помощью кросс-средств, на шину данных системы в заданном формате и последовательности, определяемой ходом процесса отладки; 2) фиксировать реакции (состояния) МПС; 3) индицировать последовательность состояний МПС в удобной для оператора форме.
Обычные ЛА обладают подобными возможностями (может быть кроме первой), но они не позволяют модифицировать объектные коды - ЛА не предназначены для отладки программ. Поэтому ЛА обычно выступают как составная часть более мощных приборов (систем), предназначенных для совместной отладки аппаратных и программных средств МПС.
Существует довольно широкий спектр таких систем различной "мощности", реализованных на базе микро-ЭВМ (ПЭВМ) с подключением дополнительных блоков: ЛА, внутрисхемных эмуляторов (ВСЭ), программаторов ППЗУ и др. Они получают различные названия: "отладочные комплексы", "комплексы развития", "прототипные комплекты" и др. Назовем обобщенно системы подобного типа "системами проектирования МПС" (СПМ).
Первые СПМ были ориентированы только на отладку ПО и снабжались соответствующими кросс-средствами и сервисными программами. Они обеспечивали:
· ввод, редактирование и хранение на внешнем накопителе программ разрабатываемой МПС;
· трансляцию этих программ с выдачей соответствующих листингов и получение объектных кодов программ;
· подготовку и выдачу объектных модулей в соответствующих форматах на внешнее ЗУ, перфоленту или на программатор ППЗУ.
Отладка аппаратуры МПС и испытание программ на макете проектируемой МПС проводилось автономно - например, с помощью ЛА.
Для отладки аппаратуры МПС в реальном времени создавались т.н. "внутрисхемные эмуляторы". Эти приборы фактически эмулируют поведение микропроцессора отлаживаемой МПС, а, кроме того, предоставляют ряд дополнительных возможностей при отладке: доступ к внутренним регистрам МП, организация пошагового и потактового режима, фиксацию последовательности состояний МП и др. (подробнее о ВСЭ - ниже).
Объединение в одном приборе функций (иногда частичных) кросс-отладчиков, ВСЭ, ЛА позволяет вести эффективную комплексную отладку МПС на СПМ. Структура взаимодействия СПМ и отлаживаемой МПС показана на Рис. 12.10.
Рис. 12.10. Взаимодействие СПМ с отлаживаемой МПС
В состав СПМ входят аппаратные и программные средства, позволяющие вести отладку ПО МПС на базе ЦП СПМ, ее памяти и ВУ. Подготовленная таким образом программа - объектный модуль - может быть загружена непосредственно в ППЗУ, но прежде она может быть запущена на реальной отлаживаемой МПС непосредственно из ОЗУ СПМ через ВСЭ.
Наличие средств связи МПС с шиной СПМ (через ВСЭ) позволяет использовать в процессе отладки ресурсы СПМ так, как будто они входят в состав макетного образца МПС. При этом ОЗУ и ВУ СПМ могут выполнять роль соответствующих устройств МПС, которых еще нет в макете. Это дает возможность начинать совместные испытания ПО и аппаратуры задолго до окончательного изготовления всех аппаратных средств МПС. Устройства могут вводится в макетируемый образец последовательно по мере их изготовления, при этом соответствующие ресурсы СПМ отключаются от МПС и их функции начинает выполнять реальная аппаратура макета.
В состав ВСЭ включают память логических последовательностей (ПЛП), фиксирующую ряд текущих состояний ВСЭ или шин МПС. Иногда для фиксации используется часть ОЗУ СПМ. Зафиксированные состояния могут быть представлены оператору в любой удобной форме (подобно ЛА) и, кроме того, выдаваться на печать или запоминаться в виде файла на диске. В этом плане СПМ предоставляет разработчику больший сервис, чем ЛА. Когда испытания аппаратуры и ПО считаются законченными, отлаженное ПО записывается средствами программатора СПМ в ПЗУ, ВСЭ отключается от МПС и на его место устанавливается БИС МП.
