Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ задач обслуживания АСОИУ на различных этапах жизненного цикла и подходов к их решению 16
1.1. Анализзадач обслуживания АСОИУ 16
1.2. Анализ подходов крешению задач 22
1.3. Анализ организации и возможностей использования функций JTAG для решения задач обслуживания 28
1.3.1. Организация JTAG регистров 32
1.3.2. Команды JTAG 34
Выводы 37
2. Формальное описание аппаратурных средств системы и структуры комплексных унифицированных средств 38
2.1. Требования к структуре и компонентам модуля 38
2.2. Классификация аппаратурных средств блока 41
2.3. Анализ стадий выполнения задач обслуживания 42
2.4. Формальное описание структуры блока и комплексных унифицированных средств 44
2.5. Критериальная функция 52
2.6. Анализ критерия 55
2.7. Анализ ограничений 58
Выводы 65
3. Постановка и решение задачи создания структуры унифицированных средств обслуживания управляющих систем на этапах жизненного цикла 66
3.1. Формальная постановка задачи создания унифицированных средств 66
3.2. Решение поставленной задачи 71
3.3. Методика создания структуры унифицированных средств обслуживания 76
3.4. Программная реализация методики 79
Выводы 82
4. Разработка средств, обеспечивающих решение задач обслуживания .. 83
4.1. Технологический контроль 83
4.1.1. Подход к решению задачи технологического контроля.. 83
4.1.2. Практическая реализация предложенного подхода с использованием измерительного стенда 89
4.1.2.1. Унифицированные средства связи измерительного стенда со средствами обмена на модулях 89
4.1.2.2. Формирование и хранение данных для доступа к внешним связям между компонентами и межмодульным связям 98
4.1.2.3. Проведение сеанса контроля 98
4.1.2.4. Анализ и вывод оператору результатов проведенного контроля 100
4.1.2.5. Контроль МС окружения и кластеров 101
4.2. Конфигурирование и реконфигурирование 102
4.2.1. Виды входных файлов ПМК для записи во flash-память. 103
4.2.2. Особенности алгоритма записи во flash-память 105
4.2.2.1. Таблица соответствия контактов и ее использование 108
4.2.2.2 Служебные последовательности 109
4.2.2.3. Алгоритм выполнения команды ПО
4.2.3. Конфигурирование 111
4.2.4. Конфигурирование внутрикристальной flash-памяти. SVF-файли его выполнение 112
4.3. Тестирование 113
4.3.1. Реализация модуля тестирования для стенда 114
4.3.2. Реализация модуля тестирования для УУД 115
4.4.Требования к техническим характеристикам персонального компьютера, используемого в качестве стенда 116
4.5. Оценка экономической эффективности применения методики создания унифицированных средств обслуживания управляющих
систем 116
Выводы 122
Заключение 123
- Анализ организации и возможностей использования функций JTAG для решения задач обслуживания
- Формальное описание структуры блока и комплексных унифицированных средств
- Формальная постановка задачи создания унифицированных средств
- Унифицированные средства связи измерительного стенда со средствами обмена на модулях
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Среди проблем, решаемых разработчиками систем, есть группа специфических задач, решение которых напрямую не связано с достижением целей, для которых создается системы. Однако, без решения этих задач не обходится ни одна система. Это задачи обслуживания системы. Этапы изготовления и наладки сопряжены с необходимостью контроля качества изготовленных составных частей системы - модулей, записи информации о структуре в программируемые логические интегральные схемы и исполняемых кодов программ в память процессоров, а также проверки правильности выполнения задач оборудованием системы. В это же время, возможно выявление алгоритмических ошибок или недостатков, что потребует внесения изменений в структуры, заложенные в программируемые интегральные схемы и изменение исполняемых кодов для процессоров. В процессе эксплуатации одним из важных моментов является проверка работоспособности оборудования — тестирование системы. Для решения задач обслуживания обычно применяются специально разработанные для данной системы вспомогательные технические и программные средства. Разработка этих средств - дорогостоящая и требующая затрат времени задача. Причем разработка вспомогательного оборудования и программного обеспечения, как правило, выполняется каждый раз при разработке новой системы или значительном изменении уже созданной. Следовательно, один из путей повышения эффективности разработки и обслуживания системы -разработка такого вспомогательного оборудования и программного обеспечения, которое бы позволило решать задачи обслуживания для целого ряда систем, а не для каждой системы в отдельности, при этом одно и то же вспомогательное оборудование позволяло бы решать весь спектр задач обслуживания. Таким образом, возникает необходимость
8 разработки универсальных средств для решения задач обслуживания системы на разных этапах жизненного цикла.
Проблема создания вспомогательного оборудования и программного обеспечения для решения вопросов обслуживания электронных компонент широкого класса систем не нова. В 1985 году ведущие производители электронных компонент, такие как IBM, AT&T, Texas Instruments Inc., Philips Electronics NV, Siemens, Alcatel, Ericsson, объединились, чтобы найти унифицированное решение проблемы тестирования микросхем. Эта группа (JTAG - Joint Test Action Group) разработала стандарт граничного тестирования, который в 1990 году был принят в качестве промышленного IEEE 1149.1-90 (Institute of Electrical and Electronics Engineers).
Однако, со временем, стандарт граничного тестирования нашел применение и в других областях обслуживания электронных компонент, таких как программирование и изменение структуры микросхем. Это связано с распространением микросхем с изменяемой структурой. Начали появляться новые технологии, которые позволяли проводить программирование уже после монтажа микросхем, а также вносить схемотехнические изменения в структуры, закладываемые в кристалл микросхемы, на этапах наладки и эксплуатации устройства. Технология граничного тестирования, благодаря возможности доступа к внутрикристальным структурам, позволила наряду с тестированием проводить и операции по программированию и реконфигурированию в системе.
Использование технологии, основанной на JTAG, обеспечивает решение задач изготовления, наладки, тестирования на предэксплуатационных этапах и выполнение функций контроля, тестирования, а в случае необходимости, реконфигурирование системы в процессе эксплуатации без изменения состава и взаимосвязей в оборудовании. Полученные на основе системного анализа технические
9 оценки и практика построения автоматизированных систем показывают необходимость использования единого подхода для решения задач обслуживания. Это позволит сделать систему более эффективной с точки зрения материальных и временных затрат за счет ухода от уникальности обслуживающего оборудования и необходимости его разработки для каждой новой системы и для каждой задачи обслуживания. Решение этих задач может быть обеспечено с помощью разработки структуры унифицированных средств для решения задач обслуживания управляющих систем на этапах жизненного цикла от изготовления до окончания эксплуатации.
Целью работы является разработка методов создания структуры унифицированных средств для решения задач обслуживания широкого класса управляющих систем, обеспечивающих снижение затрат на этапах от изготовления до окончания эксплуатации, реализованных в виде методики.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
Проанализировать виды автоматизированных систем обработки информации и управления с целью выделения такого класса систем, для которых целесообразно применение унифицированных средств и соответствующей методики.
Сформулировать требования к аппаратурным средствам системы, позволяющие использовать унифицированные средства.
Провести анализ средств, обеспечивающих возможность применения унифицированного оборудования для решения задач обслуживания. На основании проведенного анализа сформулировать исходные данные для проектирования структуры средств доступа.
10 Разработать методы и алгоритмы создания структуры унифицированных средств обслуживания управляющих систем на этапах жизненного цикла, решить задачу оптимизации структуры унифицированных средств. Реализовать разработанные методы в виде методики создания структуры унифицированных средств обслуживания управляющих систем. Оценить основные достоинства и недостатки предлагаемой методики.
Реализовать разработанную методику на практике, создать и внедрить программно-аппаратурный комплекс для решения задач обслуживания. Оценить экономическую целесообразность предложенного решения.
Методы исследования. В работе используется аппарат теории множеств, элементы системного анализа, эвристические подходы при создании рациональных алгоритмов синтеза структуры средств обслуживания, моделирование на ЭВМ, испытания, опытная эксплуатация экспериментальных образцов.
Научная новизна. Развит подход к построению автоматизированных систем обработки и управления в части унификации оборудования для решения задач обслуживания системы.
Выделен класс задач обслуживания автоматизированных систем обработки и управления.
Впервые решена задача создания структуры унифицированных средств, обеспечивающих решение задач обслуживания на этапах жизненного цикла от изготовления до окончания эксплуатации управляющих систем.
Впервые предложен метод создания структуры унифицированных средств обслуживания управляющих систем с использованием технологии, основанной на JTAG, позволяющий решать задачи обслуживания для целого ряда систем, а не для каждой системы в отдельности, при этом одно и
11 то же вспомогательное оборудование позволяет решать весь спектр задач обслуживания.
Впервые предложен рациональный эвристический метод решения задачи построения структуры унифицированных средств.
Практическая ценность. Разработана методика и программа создания структуры унифицированных средств решения задач обслуживания широкого класса систем, а также программно-аппаратурный комплекс для выполнения функций обслуживания в системе. Данный комплекс позволяет решать задачи технологического контроля широкого класса систем, выполнять конфигурирование и тестирование систем на этапах наладки и эксплуатации с использованием унифицированных средств. Разработанный комплекс поддерживает использование стандартизованных файлов, полученных при проектировании в автоматизированных системах проектирования электронных устройств. При проведении обслуживания и наладки с использованием стенда обеспечивается удобный пользовательский интерфейс. Разработаны программные средства для решения задач обслуживания в автономном режиме.
Результаты диссертации использованы при создании системы управления и обработки информации (УПО-М) в составе БСК 17Р71 для КА 11Ф644.
Использование результатов работы.
Результаты диссертационной работы использованы при:
Разработке вторичного преобразователя измерителя акустического импеданса и других параметров, 1998 - 2000 г.г.
Изготовлении экспериментального образца цифровой системы сбора и обработки радиочастотных сигналов, 2000-2001 г.г.
Разработке средств для реализации цифрового модуля обнаружения, регистрации и выдачи идентификационного кода подвижного состава, 2001-2002 г.г.
Работах по настройке подкомплекса УПО аппаратуры 17Р71. Участие в испытаниях и сдаче ОТК и ПЗ комплекса аппаратуры 17Р71, 2002 г.
Разработке типового модуля вторичной обработки цифровой системы сбора и обработки радиочастотных сигналов, 2003 - 2004 г.г.
Указанные работы проводились на кафедре №29 «Управляющие интеллектуальные системы» Московского инженерно-физического института (государственного университета).
Реализация результатов работы. Методика создания унифицированных средств для обслуживания управляющих систем на этапах от изготовления до окончания эксплуатации использована при создании БСК 17Р71 дляКА11Ф644.
Создан, прошел испытания и опытную эксплуатацию стенд для решения задач обслуживания системы БСК 17Р71.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на конференции «Микроэлектроника и информатика - 98» (Зеленоград, 1998 г.), конференции «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань, 1999 г), международном технологическом конгрессе «Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения» (Омск, 2001 г.), научной сессии МИФИ-2003 (Москва, 2003 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах. Личный вклад представляется соответственно по позициям списка использованных источников.
[1] - Изложены вопросы построения программной части стенда для проведения технологического контроля качества изготовления аппаратурных средств с использованием JTAG.
[2] - Изложены вопросы создания программных средств конфигурирования и реконфигурирования цифровых средств для вычисления отсчетов фазового спектра.
[3] - Изложены основы методики построения систем с использованием интерфейса JTAG.
[4] - Изложены вопросы построения модуля для конфигурирования и управления аппаратурными средствами видеосистемы.
[5] - Изложены вопросы построения программных модулей системы для реконфигурирования, контроля работоспособности и тестирования цифровых средств обработки.
[6] - Изложены основные подходы к построению структуры унифицированных средств для обслуживания управляющих систем и выполнена ее программная реализация.
Структура работы.
Материал диссертации изложен в последовательности решения основных задач исследования.
Основное внимание в работе уделяется разработке структур унифицированных средств обслуживания управляющих систем на этапах от изготовления до окончания эксплуатации.
В первой главе анализируются методы решения задач обслуживания, рассматриваются вопросы состава цифровых автоматизированных систем обработки информации и управления, определяется круг систем, для кото-
14 рых предлагается решать задачи обслуживания с помощью унифицированных средств, приводится анализ возможностей технологии JTAG.
Во второй главе рассматриваются требования к структуре системы, необходимые для того, чтобы решить задачу построения структуры унифицированных средств предложенным методом, приводится метод формального описания структуры аппаратурных средств системы и унифицированных средств, формулируются ограничения, предлагается и обосновывается критерий.
В третьей главе дается математическая постановка задачи, предлагаются пути решения поставленной задачи. Там же приводится решение поставленной задачи и формулируется методика создания структуры унифицированных средств обслуживания управляющих систем на этапах от изготовления до окончания эксплуатации.
В четвертой главе приводится описание практической реализации предложенной методики. Там же изложены экономические оценки эффективности методики.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и 5 приложений. Работа в целом содержит 123 страницы текста, включая 4 таблицы, 26 рисунков, список использованных источников 74 наименования.
Основные положения, выносимые на защиту.
Метод формального описания структуры аппаратурных средств системы и унифицированных средств на основе сформулированных постулатов.
Методика создания структуры унифицированных средств для обслуживания управляющих систем на этапах от изготовления до окончания эксплуатации.
Утверждение о независимости количества межмодульных связей от размещения устройств управления доступом к внутрикристальным структурам, внешним связям между компонентами и межмодульным связям.
Эвристический алгоритм синтеза внутримодульных и межмодульных цепей.
Анализ организации и возможностей использования функций JTAG для решения задач обслуживания
Комбинированные средства. К этому типу относятся структуры, в которых часть функций алгоритмического обеспечения реализуется на средствах второго, а часть — третьего типов структур. Такой тип структуры сочетает все приведенные выше преимущества и недостатки второго и третьего типов. Такой вариант реализации системы позволяет достичь определенной гибкости. Однако разработчик должен решить дополнительную задачу, которая заключается в распределении функций алгоритмического обеспечения между универсальной и аппаратурной частями. Эта задача носит многовариантный характер и может потребовать нескольких итераций при разработке, что увеличивает общее время создания системы. Решение задач обслуживания обеспечивается теми же средствами, что и для второго и третьего типа структур.
Однокристальные средства. С появлением современных систем сквозного проектирования у разработчика появилась возможность получения в электронном виде законченного проекта, позволяющего изготовить разработанную систему на одном кристалле. Этот вариант структуры является развитием САС, однако, предполагает выполнения целого ряда дополнительных этапов проектирования. При разработке систем с использованием однокристальных средств решение задач обслуживания целиком возлагается на разработчика системы, поскольку штатные средства в этом случае отсутствуют.
Подводя итог, подчеркнем, что в случае построения ядра системы на базе УСВ, если позволяют временные ограничения, решение задач обслуживания упрощается, так как УСВ, как правило, сопровождаются штатными средствами тестирования, конфигурирования и т.п. Построение АСО-ИУ на базе УСН, САС, комбинированных и однокристальных средств предполагает решение задач обслуживания непосредственно разработчи 26 ками систем, - то есть предполагает необходимость использования дополнительной аппаратуры и программного обеспечения. Поэтому, дальнейшее изложение касается именно систем, построенных на базе УСН, САС, комбинированных и однокристальных средств. Однако рассмотренный подход позволяет при необходимости решить многие задачи и для систем, построенных на базе УСВ.
Итак, проведенный анализ позволяет сформулировать следующие положения. 1. Для всех цифровых автоматизированных систем обработки информации и управления можно выделить общий класс задач, которые обязательно должны присутствовать в каждой системе - это задачи обслуживания системы. Проведенный анализ позволяет выделить следующие типы задач: технологический контроль, конфигурирование, реконфигурирование, тестирование. 2. Анализ этапов жизненного цикла системы показывает, что задачи обслуживания необходимо решать на всех этапах жизненного цикла системы, начиная от ее изготовления и до окончания эксплуатации. 3. Анализ показывает, что известные подходы к решению задач обслуживания предусматривают разработку уникальной аппаратуры и программного обеспечения на различных этапах жизненного цикла системы. 4. Легко видеть, что известные подходы при разработке не позволяют избежать возвращения на этапы разработки новых электрических и монтажных схем, изготовления новых печатных плат, проведения монтажа в случае обнаружения алгоритмических ошибок. 5. На этапе эксплуатации известные подходы не позволяют решить задачу реконфигурирования электрических схем модулей без изменения монтажных схем в случае выявления алгоритмических ошибок, введения новых режимов или обеспечения живучести при возникновении отказов отдельных узлов. 6. Анализ способов контроля показывает, что для решения задач тестирования на этапе эксплуатации требуется введение в структуру систем более чем 20% аппаратурной избыточности и (или) запаса по производительности при использовании известных подходов к решению задачи. Таким образом, все вышеизложенное позволяет говорить о том, что решение задач обслуживания с помощью унифицированных средств будет более эффективным (с точки зрения материальных и временных затрат) за счет ухода от уникальности обслуживающего оборудования и необходимости его разработки для каждой новой системы и для каждой задачи обслуживания.
Формальное описание структуры блока и комплексных унифицированных средств
Технологический контроль осуществляется с целью выяснения качества изготовления модуля. Как было сказано выше, под технологическим контролем понимается проверка правильности монтажа электронного модуля на наличие необходимых электрических соединений и отсутствие нерегламентированных замыканий. Вся проверка сводится к записи шаблона в регистры одних YJIAGJ считыванию значений регистров других УЛАО и сравнению результатов с рассчтитанными на этапе проектирования эталонами.
Конфигурирование и реконфигурирование могут быть выполнены двумя способами, в зависимости от технологии изготовления ПЛИС. Технология FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица, вентильная матрица с эксплуатационным программированием) предполагает хранение данных о структуре во внешней, обычно flash, памяти, а при инициализации (например, по признаку подачи питания) эти данные переносятся во внутреннее теневое статическое ОЗУ (shadow SRAM) [39, 40]. Таким образом, для конфигурирования необходимо произвести запись информации о структуре в МС окружения YJTAG» а. затем произвести верификацию — то есть считать записанную структуру и сравнить с заданным шаблоном. Технология CPLD (сложное программируемое логическое устройство) не требует для хранения структуры внешней постоянной памяти, т.к. содержит необходимую конфигурацию на flash внутри кристалла [41, 42]. В этом случае для конфигурирования необходимо записать в УЛ-AG информацию о структуре и провести верификацию. Реконфигурирование выполняется аналогичным образом, но в автономном режиме.
Задача тестирования решается посредством решения на устройствах модуля контрольных примеров. Для решения контрольного примера необходимо записать данные в память УЛ-AG (В качестве памяти может выступать МС окружения), перейти в ожидание результатов выполнения примера на УЛ-AG» затем считать результат решения примера и сравнить с эталоном.
Проведя анализ процесса выполнения всех задач обслуживания, можно сделать вывод о том, что при решении любого типа задач присутствует стадия загрузки данных, стадия считывания данных и стадия сравнения. На некоторых задачах - например, тестирования, добавляется стадия ожидания выполнения контрольного примера. В дальнейшем будем называть исходные данные для любого типа задач обслуживания контрольным примером, выходные данные - результатом выполнения контрольного примера, а данные, с которыми сравнивается результат -эталоном [43].
Процесс доступа к блоку можно разделить на несколько стадий -стадия загрузки в память УЛ-AG данных контрольного примера, стадия выполнения примера на Улжь стадия считывания результатов в АСУД, стадия стравнения результатов чтения с хранящимся в памяти АСУД эталоном для данного УЛ-AG- Следует отметить, что непосредственное создание контрольных примеров и эталонов не является проблемой, решаемой в данной работе.
Рассмотрим более подробно задачу организации доступа к модулям блока. Как было указано, система состоит из некоторого набора функционально независимых блоков, к каждому из которых должен быть организован независимый доступ. Пусть обслуживаемый блок состоит из некоторого множества модулей, количество которых М Каждый модуль содержит множество устройств Улткь которые должны быть объединены в некоторое множество цепей для обеспечения доступа к внутрикристальным структурам, внешним связям между компонентами и межмодульным связям модуля. Каждое YJTAG может входить только в одну такую цепь. Каждый модуль характеризуется ресурсом имеющейся на нем свободной площади для размещения УУД и УО, используемых при организации межмодульных цепей, состоящих, в свою очередь, из JTAG-устройств различных модулей. Для организации процесса доступа к блоку необходимо разместить на имеющемся суммарном ресурсе свободной площади модулей блока достаточное для обслуживания блока количество УУД и УО, причем суммарные аппаратурные затраты на средства доступа желательно сделать минимальными. Кроме того, обслуживание, вообще говоря, должно быть проведено в заданное время. Действительно, для тестирования в системах на этапе эксплуатации периодически выделяется строго регламентированное время, особенно это касается систем реального времени или управления технологическими процессами.
Введем следующее условие: для обслуживания некоторым образом сформированной цепи JTAG-устройств (в дальнейшем цепи) потребуется одно УУД, если цепь внутримодульная, и одно УУД и удвоенный комплект УО (по одному на каждый из модулей), если в цепи присутствуют межмодульные связи. Иными словами, одна цепь не должна обслуживаться несколькими УУД, а при появлении межмодульной связи необходимо дополнительно обеспечить прием и передачу сигналов между модулями.
Следует отметить, что для управления функциями обслуживания в блоке обязательно должен присутствует модуль, содержащий устройство управления сервисными функциями (УУСФ). УУСФ обеспечивает выдачу команд и установку режимов работы для УУД на модулях блока, а также проводит опрос результатов проведения операций и принимает решения по результатам опроса о реконфигурации или переключении резерва. Для связи с УУД на модулях необходимо обеспечить межмодульную связь между УУД и УУСФ, то есть разместить одно УО на модуле с УУД, а второе - на модуле с УУСФ. Модуль с УУСФ не входит в рассматриваемое множество модулей, для которых предполагается решать задачу создания унифицированных средств.
Формальная постановка задачи создания унифицированных средств
При построении цепей для каждого модуля с учетом (3.4) может быть образовано иерархически упорядоченное множество цепей по показа телю загрузки, причем во всех Jt или (Jt- 1)-й цепи p(ij) 0.5 и может быть образована только одна цепь с p(ij) 0.5 такая, что объединение ее с лю бой другой цепью на модуле даст величину показателя загрузки, превы шающую единицу. Это условие показывает невозможность дальнейшего объединения цепей, сформированных внутри модуля. Иерархия построения заключается в следующем. Вначале из всех возможных вариантов строится цепь с максимальным показателем загрузки. Использованные в построенной цепи УП-AG исключаются из дальнейшего рассмотрения, а из оставшихся строится аналогичным образом новая цепь по показателю загрузки. Процесс продолжается до момента, когда все УЛАО модуля будут исчерпаны. Такой подход позволяет образовать минимальное количество цепей на модуле. При образовании иерархически упорядоченного множества цепей на отдельном модуле целесообразно применять методы перебора вариантов, так как количество YJTAG на модуле сравнительно невелико и составляет не более 10. Оценив по выражению (3.3) количество вариантов построений внутримодульных цепей для предельного значения количества YJTAG R-10, получим 18650 вариантов, что является вполне допустимым для решения методом перебора на современных вычислительных машинах. На втором этапе необходимо организовать межмодульные связи для цепей W(C,P). С учетом доказанного в п. 3.1 утверждения, объединение внутримодульных цепей в межмодульную и сокращение таким образом количества УУД на единицу не ухудшает критерий в смысле количества межмодульных связей, но улучшает в смысле занимаемой тестирующим оборудованием площади. Для этого необходимо объединить имеющиеся цепи разных модулей с учетом ограничения по загрузке (3.4) и допущения 2 предыдущего этапа. Загрузка межмодульной цепи рассчитывается следующим образом: Вычислительная сложность алгоритма построения иерархического множества межмодульных цепей путем перебора всех вариантов их образования из внутримодульных также невелика. Результатом выполнения этого этапа будет оптимальная в смысле предложенного критерия структура, удовлетворяющая временным ограничениям. На последнем этапе осуществляется попытка размещения полученной на предыдущих этапах оптимальной структуры оборудования для вы 75 полнения функций обслуживания на свободной площади модулей. Для этого необходимо предпринять следующие шаги. 1. На первом шаге необходимо проверить, есть ли на каждом модуле свободная площадь для размещения минимального количества УО. Минимальное количество УО определяется количеством сформированных на первом этапе внутримодульных цепей C(iJ). Недостаток площади на модуле под размещение такого количества УО говорит о невозможности подключить все цепи данного модуля не только у УУД на том же самом блоке, но и к УУД, размещенным вне этого модуля, и, как следствие, о необходимости перепроектирования блока. 2. На втором шаге необходимо выполнить попытку разместить полученную на предыдущих этапах структуру оборудования на модулях блока. То есть на каждом модуле необходимо разместить количество УУД, необходимое для обслуживания оставшихся после выполнения второго этапа внутримодульных цепей. УУД для обслуживания межмодульных цепей можно расположить на любом из модулей при выполнении следующих условий: на модуле осталось свободное место для размещения УУД, и устройства этого модуля принадлежат данной межмодульной цепи. Для организации межмодульных цепей на модулях также необходимо разместить УО. Если удалось разместить все оборудование для полученной структуры, то поставленная задача считается решенной.
Этот шаг выполняется в том случае, если полученную на втором этапе структуру не удалось разместить. Тогда, согласно стратегии поиска решения, необходимо ухудшить оптимальную структуру. То есть разместить не поместившиеся УУД на доступном свободном месте модулей или при необходимости увеличить ресурс свободной площади блока за счет введения дополнительного модуля специально под УУД. При этом, как было отмечено, образуются дополнительные межмодульные связи, которые потребуют размещения дополнительного количества УО.
Унифицированные средства связи измерительного стенда со средствами обмена на модулях
В качестве измерительного стенда целесообразно использовать совокупность персонального компьютера (ядра) — как широко применяемое универсальное средство (требования к техническим характеристикам сформулированы ниже), с дополнительным устройством для связи с цепями модуля. При описании функционирования стенда, без нарушения общности, ограничимся рассмотрением операции контроля в рамках одной цепи JTAG устройств. Конфигурация цепи была получена на этапе решения задачи создания структуры унифицированных средств обслуживания (раздел 3.2). Как было показано, такая цепь может быть как внутримодульной, так и межмодульной.Как было указано в разделе 2, для организации связи с внешним устройством управления доступом, в данном случае, стендом - когда в качестве АСУД используется внешнее оборудование, на модулях необходимо размещать дополнительные средства обмена. Сформулируем ряд требований, которым должны удовлетворять эти средства: — необходимо, чтобы со стороны стенда был обеспечен доступ ко всем цепям JTAG блока; — при проведении контроля необходимо обеспечить доступ ко всем УУД, размещенным на модуле, поэтому при проектировании модуля необходимо предусмотреть включение УУД в цепи JTAG при проведении операции контроля с использованием стенда либо предусмотреть организацию дополнительных цепей JTAG только из УУД модуля. Для того, чтобы стенд был универсальным в плане подключения к блоку, предложено включить в состав УУСФ средства УССт, обеспечивающие связь со стендом. Таким образом, стенд представляет собой персональный компьютер (далее - ПК), к которому через УССт подключен контролируемый модуль. На ПК стенда обеспечивается программная поддержка УССт с помощью программного модуля технологического контроля (разделы 4.1.2.2 -4.1.2.4). На плате модуля выполнена поддержка УССт, реализованная в виде унифицированного разъема и дополнительных проводников, обеспечивающих коммутацию цепей УЛ-AG И включение их в состав УУД способами, описанными выше. Протокол между УССт и модулем реализован ап-паратурно на микросхеме SN74LVT8980 Texas Instruments Inc [49]. Унифицированные средства стенда предназначены для осуществления интерфейса между параллельным портом ПК и электронными устройствами, поддерживающими стандарт тестирования JTAG [1]. Существуют два основных режима работы — эмуляция стандартов фирменного оборудования для программирования ПЛИС, поддерживающих стандарт JTAG, и обеспечение скоростного JTAG интерфейса при использовании встроенного в УССт JTAG контроллера SN74LVT8980. Далее перечислены и опи 91 саны основные функции данного устройства обеспечения связи. Изображение УССТ приведено в Приложении 2. 1) Эмуляция стандартов фирменного оборудования. При про граммировании ПЛИС используется несколько стандартов оборудования, предлагаемого ведущими фирмами - производителями такого оборудова ния. Основные различия этих стандартов заключаются в номерах выход ных контактов порта и электрических параметрах сигналов. УССт поддерживает 4 стандарта следующих фирм [37, 39, 41, 50]: — ByteBlasterMV фирмы Altera Corp.; — IspDOWNLOAD фирмы Lattice; — JTAGCable фирмы Xilinx; — MACHPro фирмы Vantis. Формирование и передача данных для программирования микросхем производится программными средствами фирм-изготовителей. Предельная скорость передачи данных по каналу JTAG в этом режиме составляет 500 кбит/сек, эффективная — 300 кбит/сек. Это ограничение определяется особенностями функционирования стандартного параллельного порта PC (SPP) [51]. 2) Встроенный JTAG контроллер. В этом режиме задачи формиро вания сигналов и физического протокола передачи возлагаются на микро схему SN74LVT8980, детальное описание принципов функционирования, логической организации и возможностей которой изложено в [49]. С уче том особенностей функционирования SPP и ЕРР предельная скорость пе редачи от PC к УССт составляет 700 кбайт/сек, эффективная — 300 кбайт/сек. Скорость передачи от УССт к тестируемой микросхеме состав ляет 2.4 ч- 8 Мбит/сек., в зависимости от режима работы SN74LVT8980 и класса выполняемых задач. 3) Управление и подключение. Управление режимами УССт осуществляется с помощью DIP-переключателя (рис 4.3), находящегося на монтажной плате оборудования стенда, встроенного в разъем для подключения к унифицированному разъему на модуле, на рисунке все переключатели показаны в позиции OFF (выключено). Возможны варианты исполнения с тремя или четырьмя переключателями в одном корпусе.
