Диагностирование ЭВМ

Обычно этот метод используется в тех случаях, когда средства   тестового   диагностирования   имеют   достаточно большие возможности.

Например, этот метод может использоваться при диагностировании каналов с помощью процессора. Наибольшее применение этот метод находит в устройствах со схемной интерпретацией алгоритмов функционирования.

В силу неопределенности состояний некоторых триггеров каждому состоянию S,/ может соответствовать некоторое подмножество состояний S„k, где £—0,1, .... т, т — множество неопределенных состояний. Поэтому обычно до сравнения с эталоном выполняется маскирование состояний. Маска снимает неопределенные состояния.

Управление потактовой работой устройства и опрос состояния устройства обычно выполняются с помощью команды ДИАГНОСТИКА, а сравнение с эталоном, маскирование и сообщение о неисправности — с помощью команд на программном  уровне.

Команда ДИАГНОСТИКА  адресует управляющее слово в  ОП, которое поступает на вход диагностируемого устройства, как показано на рис. 13.

Сочетание бит  управляющего слова обеспечивает продвижение тактов, а также опрос состояния и запись его в ОП.

Остальные операции, такие как маскирование состояния  с целью исключения неопределенных бит, сравнение его с эталонным состоянием и сообщение о неисправности, выполняются программой диагностирующего устройства.

Ряс. 13. Схема взаимодействия диагностирующего и диагностируемого устройств при диагностировании по методу эталонных состояний

6. Метод диагностирования, ориентированный на проверку сменных блоков

Этот метод  диагностирования характеризуется  тем, что объектом элементарных проверок являются сменные блоки. Тестовые воздействия  подаются на входы сменных блоков, а ответы снимаются с их выходов  непосредственно или через дополнительную аппаратуру

Использование этого метода позволяет локализовать неисправность в ЭВМ с помошью  диагностических тестов для сменных  блоков. Такой подход позволяет сократить затраты на разработку диагностического обеспечения ЭВМ, состоящего, как правило, из диагностических тестов ЭВМ и диагностических тестов сменных блоков. В большинстве случаев в качестве сменных блоков ЭВМ используются ТЭЗ. Тогда применение данного метода позволяет производить диагностирование ЭВМ с помощью диагностических тестов ТЭЗ.

Существуют два  варианта реализации данного метода.

Вариант 1. В каждый сменный блок вводится дополнительная аппаратура, обеспечивающая подачу на вход каждого сменного блока тестового воздействия от СТД и передачу ответов к точкам опроса [88].

Эта аппаратура представляет собой селекторы, которые  в нормальном режиме работы ЭВМ пропускают на выходы сменного блока состояния  его выходов, а в режиме управления — состояния входов, как бы шунтируя расположенную в сменном блоке аппаратуру.

При разработке средств диагностирования выполняется  ранжирование сменных блоков по отношению  к первичным входам диагностирующего устройства. В каждый сменный блок вводится дополнительная аппаратура для  передачи состояния входов блока  на его выход.

Все сменные  блоки одного уровня (ранга) проверяются  одновременно и управляются одним  управляющим сигналом.

Диагностирование  заключается в настройке схем управления на проверку сменного блока i-ro уровня, подаче тестовых воздействий на его выход, опросе результатов и сравнении их с эталонными.

Вариант 2. Селекторы устанавливают только в сменных блоках, соединенных с первичными входами диагностируемого устройства, и на обратных связях, обеспечивая их разрыв в режиме диагностирования

Выходы каждого  сменного блока соединены со средствами тестового диагностирования. Средства тестового диагностирования имеют информационные выходы, соединенные с дополнительными входами всех селекторов и служащие для выдачи тестовых воздействий на блоки устройства. Кроме того, СТД имеют один управляющий выход, соединенный с управляющими входами дополнительных селекторов устройства.

На входы СТД, которые соединены с выходами сменных блоков диагностируемого устройства, поступают ответы последних на тестовые воздействия, В СТД выполняется анализ этих ответов, в результате которого выдается диагноз.

При определении  последовательности диагностирования сменные блоки устройства ранжируются, т. е. располагаются по уровням по отношению к первичным входам устройства. Диагностирование сменных блоков выполняется последовательно в порядке возрастания номеров рангов. Тесты для сменных блоков j-го ранга (j≥2), построенное первоначально в терминах этих блоков, пересчитываются затем в терминах тех входов блоков (j-s)-x рангов (s≥l), к которым подключены селекторы. Это—внешние входы устройства, а также входы, принадлежащие местам обрыва обратных связей.

7. Метод диагностирования  с помощью схем  встроенного контроля.

Этот метод  характеризуется тем, что объектом элементарной проверки является сменный блок, а средствами функционального диагностирования являются схемы встроенного контроля (СВК), конструктивно совмещенные с каждым сменным блоком.

Рис. 14.    Самопроверяемый сменный блок

На рис.14 показаны диагностируемое устройство (ДУ) и схемы встроенного контроля, образующие самопроверяемый сменный блок. Наибольшая вероятность правильного диагностирования достигается при полной проверяемости ДУ и самопроверяемости СВК.

Поэтому здесь  приводится только определение полной проверяемости ДУ.

Диагностируемое устройство называется полностью проверяемым, если любая его неисправность заданного класса обнаруживается СВК в момент ее первого проявления на выходных устройствах Требование полной проверяемости ДУ н самопроверяемости СВК приводит к значительным аппаратурным затратам, что ограничивает применяемость данного метода устройствами, реализованными в основном на больших интегральных схемах.

Рис. 15. Структура системы диагностирования, использующей схемы встроенного контроля

На рис. 15 приведена структура системы функционального диагностирования. Локальными средствами функционального диагностирования ЛСФДi  являются самопроверяемые CBKi с парами выходов , , приданные каждому сменному блоку Бi с общим средством функционального диагностирования ОСФД и устройство анализа и индикации УАИ. Назначением последнего является синхронизация сигналов ошибок от сменных блоков с учетом их связей, предотвращение возможной неоднозначности индикации из-за распространения сигналов ошибок и однозначная индикация неисправного блока.

Достоинством  метода диагностирования с помощью  схем встроенного контроля является практически мгновенное диагностирование сбоев и отказов, сокращение затрат на локализацию перемежающихся отказов  и на разработку диагностических  тестов.

8. Метод диагностирования с помощью самопроверяемого дублирования.

Этот метод  аналогичен предыдущему, так как  он тоже основан на принципе самопроверяемости  сменных блоков. Разница состоит в том, что самопроверяемость сменных блоков достигается введением в него дублирующей аппаратуры и самопроверяемых схем сжатия, обеспечивающих получение сводного сигнала ошибки, свидетельствующего о неисправности сменного блока.   На рис. 6.16   приведена структурная схема самопроверяемого блока. Этот способ обеспечения самопроверяемости приводит к большим дополнительным затратам аппаратуры, что оправдывает его применение лишь в больших интегральных микросхемах. При реализации ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных микросхемах последние часто используются не полностью, так как ограничивающим фактором является не число транзисторов БИС, а число выводов. Поэтому введение в БИС дублирующих схем, обеспечивающих ее самопроверяемость, позволяет более полно использовать возможность БИС без значительного увеличения объема аппаратуры.

Рис. 6.16. Структурная схема самопроверяемого блока: Cжi.....Сжk-1_, —схемы сжатия 

9. Метод диагностирования по регистрации состояния

Усложнение структуры  ЭВМ, повышение степени интеграции и быстродействия элементов приводят к увеличению относительной доли сбоев в общем числе ошибок ЭВМ.

В связи с  этим очень важно уметь локализовать причину сбоев по ситуации, зафиксированной в момент их проявления. Такую возможность предоставляет метод диагностирования по регистрации состояния.

Этот метод  диагностирования характеризуется  тем, что неисправность или сбой локализуется по состоянию ЭВМ, зарегистрированному  в момент проявления ошибки и содержащему информацию о состоянии схем контроля, регистров ЭВМ, адресов микрокоманд, предшествующих моменту ошибки, и другую информацию. Место возникновения ошибки определяется по зарегистрированному состоянию путем прослеживания трассы ошибки от места ее проявления до места ее возникновения. Диагноз выполняется с помощью программных средств диагностирования самой ЭВМ, если диагностируется место возникновения сбоя, либо другой ЭВМ, если диагностируется отказ.

В ЭВМ, имеющих  сервисные процессоры, диагноз может выполняться с помощью микропрограмм сервисного процессора.

Системы, использующие этот метод диагностирования, называют также системами прогнозирования отказов, так как отказам интегральных микросхем, как правило, предшествует их работа с ухудшенными характеристиками. Подобное (промежуточное между исправным и неисправным) состояние интегральной микросхемы выражается в увеличении числа сбоев. И лишь через определенное время ухудшение характеристик переходит в отказ. Локализация таких схем позволяет предотвратить их отказ путем замены ТЭЗ во время профилактических регламентных работ. Для диагностирования по регистрации состояния необходимо, чтобы система контроля ЭВМ обеспечивала:

1)   непрерывность контроля;

2)   блокировку распространения ошибок;

3)   размещение точек контроля в узловых точках структуры;

4)   регистрацию состояния ЭВМ в момент появления ошибки в специальный буфер регистрации;

5)   сохранение предыстории микропрограммы в виде адресов и содержимого микрокоманд, выполненных после обнаружения ошибки и до момента регистрации;

6)   однозначное соответствие между микрокомандой, из которой была обнаружена ошибка, и тактом останова ЭВМ для регистрации;

7) восстановление ЭВМ после сбоя путем повторения команд.

При выполнении этих требований ошибка, обнаруженная схемами контроля, оставляет след, начинающийся в месте возникновения ошибки и заканчивающийся в месте ее обнаружения. Этот след проявляется в виде несоответствия контрольных и информационных бит и единичного состояния триггеров ошибок.

Анализ состояния  ЭВМ, зарегистрированного при обнаружении ошибки, позволяет выявить схемы, которые могут быть причиной ошибки. В том случае, когда ошибка могла распространиться разными путями, к анализу привлекается и код микрооперации, выполнявшейся в момент обнаружения ошибки. Это позволяет определить путь распространения ошибки и место ее возникновения. Поскольку одна и та же часть аппаратуры (в зависимости от выполнявшейся микропрограммы) может приводить к различным состояниям ЭВМ и, следовательно, к различному подмножеству подозреваемых средств, локализация ошибки может быть уточнена путем выполнения логических операций над подмножествами, содержащими названия аппаратурных средств (групп ТЭЗ).

При дальнейших пояснениях алгоритма диагностирования по зарегистрированному состоянию на примере ЭВМ ЕС-1046 используются следующие определения:

регистрация — запись состояния ЭВМ при обнаружении ошибки:

идентификатор активного источника  (ИАИ) — поле записи состояния об ошибке, определяющее источник информации или функцию управления в момент обнаружения ошибки схемами контроля.

Для пояснения  этого определения рассмотрим в  качестве примера фрагмент схемы центрального процессора ЭВМ ЕС-1046, изображенный на рис. 17. Кружок с буквой К означает, что отмеченные регистры имеют схему контроля. Предположим, что схема контроля регистра РгУ зафиксировала ошибку, в результате которой произошел останов синхронизации и запись состояния ЭВМ в буфер регистрации. Поскольку регистр РгУ может принимать информацию из регистров РгС или РгD),для выяснения начальной точки возникновения и трассы прохождения ошибки необходимо знать активный источник информации, т.е. микрооперацию, выполнявшую в момент фиксации ошибки. Идентификатор активного  источника (ИАИ)   определяется  по содержимому регистра микрокоманд, зафиксированному в момент ошибки Для данного примера ИЛИ может быть РгС или РгО,

синдром ошибки (СОШ) —состояние триггеров ошибок, ИАИ и регистров—активных источников информации.

Состояние последних  используется для анализа соответствия между информационными и контрольными битами с целью локализации первоисточника ошибки.