Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Повышение належности вычислительных устройств в настоящее время становится одним из основных направлений развития вычислительной техники. Это связано, в первую очередь , с тем, что отказ управляющего устройства может привести к серьезным последствиям. Одним из средств, обеспечивающих повышение надежности, становятся системы встроенного тестирования, составлявшие одно целое вместе с контролируемым устройством. Современная технология позволяет создавать такие системы. В основе их работы лежат различные методы компактного тестирования цифровых устройств. С помошью этих методов удается создать тестирующие устройства значительно меньшей сложности, чем объект тестирования, и обеспечивающие удовлетворительный уровень контроля. Одной из технологических проблем, возникающих при создании БИС и СБИС, является возможность размещения лишь ограниченного числа выводов на корпусе микросхемы. Создание систем встроенного тестирования позволяет производить контроль устройства с помощью небольшого количества дополнительных внешних выходов .
Цель и направление исследований. Целью диссертационной работы является разработка новых методов компактного тестирования, исследование их достоверности и достоверности некоторых известных методов, а также разработка схем, реализующих эти методы.
Исследования велись в следующих направлениях.
I. Исследования различных способов генерации тестов
П.Отыскание достоверности , обеспечиваемой
сигнатурным анализом в рамках выбранной модели
неисправности.
III. Дальнейшее развитие методов кольцевого
тестирования.
IV. Выделение класса тестирующих устройств, из
которого выбирается тестирующее устройство, настраиваемое
на проверку данной выходной последовательности и
обеспечивающее наибольшую достоверность контроля.
По первому направлению решались следующие задачи:
1. Исследование свойотв тестовой последовательности, порождаемой произвольной линейной последовательностной машиной.
'2. Разработка методов реализации тестовых последовательностей с заданной зависимостью между соседними сигналами.
3. Разработка алгоритма построения последовательностей с заданной корреляционной зависимостьв между соседними сигналами. По второму направлению решались ояедуюаше задачи.
1. Вычисление достоверности, обеспечиваемой
сигнатурным анализатором при различных вероятностных
моделях неисправностей.
2. изучение возможности обнаружения физических
неисправностей в устройстве с помощью сигнатурного
анализатора.
3. Применение сигнатурного анализатора для
фукционального диагностирования устройства и вычисление
достоверности контроля.
По третьему направлению решались следующие задачи.
1. Разработка'подхода для тестирования устройства с
памятью без установки начального состояния на основе
кольцевого тестирования.
2. Обеспечение цикличности диаграммы переходов
автономного устройства.
3. Исследование различных способов сжатия информации
при кольцевом- тестировании и вычисление достоверности
контроля.
4. Аппаратная реализация методов кольцевого
тестирования.
По четвертому направлению решались следующие задачи.
-
Отыскание оптимального сигнатурного анализатора с выбранным размером памяти для контроля заданной последовательности.
-
Аппаратная реализация оптимального сигнатурного анализатора.
Методы исследований. Методы исследований основываются на использовании аппарата технической диагностики, теории конечных полей, теории матриц , теории
- 4 -.
вероятностей . Проверка работоспособности предлагаемых методов производилась с помощью машинного моделирования и на макетах. J
Научная новизна работы заключается в разработке новых методов компактного тестирования и их схемной реализации, а также решении различных задач вычисления достоверности контроля с их помощью и с помощью систем на основе известных методов встроенного тестирования. В частности: предложены новый алгоритм построения выходной последовательности с заданной зависимостью между соседними элементами и реализация устройства ее генерирующего; вычислена достоверность контроля выходной последовательности сигнатурным анализатором при пакетировании ошибок; найдены комбинации тестового генератора и сигнатурного анализатора, обнаруживающие все одиночные ошибки в блоке И ПЛМ; предложена модификация метода кольцевого тестирования, позволяющая контролировать устройство с памятью без установки начального состояния, и аппаратная реализация метода; предложена модель неисправностей, в терминах которой удается находить достоверность контроля методами кольцевого тестирования; предложены новые методы сжатия выходной информации при кольцевом тестировании и аппаратные средства для их реализации; вычислена достоверность контроля для некоторых из этих методов; предложен метод эквивалентных состояний для тестирования устройств и найдена достоверность контроля с его помощью некоторых . схем; введено понятие оптимального сигнатурного анализатора для проверки данной последовательности; найден класс сигнатурных анализаторов, в которых такой анализатор может быть найден , предложены алгоритм его построения и аппаратная реализация.
Практическая ценность работы. На основе результатов, полученных в работе, удается выбрать комбинации генератора и сигнатурного анализатора в схеме встроенного тестирования ПЛМ, обеспечивающие 100% обнаружение одиночных неисправностей в блоке И; строить системы встроенного контроля для конкретных устройств, находить достоверность контроля, обеспечиваемой дополнительным оборудованием, в рамках выбранной модели неисправностей.
- 5 - _
Теоретические результаты работы включены в специальные курсы для студентов, специализирующихся в области САПР цифровых схем.
Достоверность научных положения. выводов и практических рекомендаций подтверждена математическими доказательствами утверждений, сформулированных в работе, результатами машинных экспериментов, результатами испытаний на физических макетах.
Реализация результатов работы. Теоретические исследования по данной тематике проводились в рамках госбюджетной темы "Оценка критических параметров и характеристик систем "(номер гос.регистрации 0186012346). в' которой автор участвовал как исполнитель, и в рамках Межвузовской целевой научно-технической программы "Повышение качества и надежности продукции , программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения" ("КНП 2000"). Работы выполнялись по темам: 4.20 "Математическая теория построения отказоустойчивых цифровых устройств " и 5.48 "Разработка методов построения систем встроенного контроля". По данным темам автор являлся руководителем работ,
На основе теоретических результатов, относящихся к построению схем для функционального диагностирования, была разработана система встроенного тестирования для устройства защиты информации. В настоящее время имеется несколько подходов для решения этой проблемы. Один из них заключается в использовании генератора битов, которые подмешиваются к информационным битам. Предложенная схема функционального диагностирования позволяет обнаруживать сбои в работе генератора в режиме нормального функционирования.
На основе полученных результатов, относящихся к алгоритмам построения последовательностей с заданными статистическими свойствами, были разработаны программные комплексы . с помощью которых генерировались однородные изотропные псевдослучайные поля с предписанными ковариационными свойствами. Эти поля используются в качестве тестов для проверки аппаратуры. Теоретические результаты работы нашли применение в учебном процессе. Для
- б - _
студентов, специализируюпшхся по САПР цифровых схем в рамках специальности "01.02. Прикладная математика" в Казанском государственном университете, читались специальные курсы, куда были включены результаты диссертации, относящиеся к способам генерации тестов и нелинейным сигнатурным анализаторам. Кроме того, разработки конкретных схем встроенного контроля предлагаются в качестве тем дипломных и курсовых работ.
Использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами."
. Апробация работы. Результаты работы докладывались на 7 Всесоюзном заседании секции теории информации Центрального правления НТО РЭС имени А.С.Попова ( Новгород 1981), на конференции "Прогнозирование и диагностика в повышении эффективности производства и эксплуатации РЭА" (Москва 1982), на конференции "Автоматизация проектирования ЭВМ и систем " (Ереван 1983), на Всесоюзной конференции '.'Теория, методология и практика системных исследований" (Москва 1984), на Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение качества и надежности ЭВМ" (Куйбышев 1989 ), на Всесоюзных школах-семинарах по технической диагностике (Ростов-на-Дону 1987, Саратов 1989, Новороссийск 1991), на семинаре по технической диагностике в Институте проблем моделирования в энергетике (Киев), на семинаре кафедры ЭВМ Казанского авиационного института, на Московском городском семинаре по технической диагностике, на семинаре по технической диагностике в Институте проблем управления (Москва) и на итоговых конференциях Казанского государственного университета.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 28 статей и 13 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложения. Объем диссертации 308 страниц . В приложение включены материалы, подтверждающие использование материалов диссертации.