Введение к работе
Актуальность темы. Одним из наиболее значимых результатов развития микроэлектроники явилось создание в 1971г. микропроцессора (МИ). Объективной технологической предпосылкой появления МП явилась возможность получения методами микроэлектроники интегральных схем (НС) с большим числом элементов (логических вентилей). Сам МП отличается компактностью, низкой стоимостью, обладает возмошюетью программного управления и высоким быстродействием. Такое сочетание свойств позволяет на единой технологической и схемотехнической основе, главным образом за счет программирования, строить специализированные вычислительные устройства, пригодные для использования в радиоэлектронных средствах (РЭС) различной ориентации - наука, производство, транспорт, системы вооружения.
Эксплуатация РЭС, как правило, происходит в условиях внешних дестабилизирующих факторов, среди которых большую опасность представляют электромагнитные помехи (ЭМП), воздействие которых может существенно изменять характеристики РЭС, н тем самым обуславливать необратимые и обратимые нарушения их работоспособности. Многообразие процессов, приводящих к нарушениям работоспособности аппаратуры, а также их взаимодействие между собой, предполагает осуществление комплекса организационных и технических мероприятий, направленных на обеспечение надежностных характеристик РЭС з условиях неблагоприятной электромагнитной обстановки (ЭМО).
Технические мероприятия включают в себя схемотехнические способы обеспечения устойчивой работы РЭС и подразделяются на аналитические (анализ, расчеты, прогнозирование) и практические - оптимальный выбор типов и режимов эксплуатации элементной базы. Для рационального конструктивного и схемотехнического построения РЭС с использованием МП необходимо иметь базу данных по восприимчивости отдельных
компонентой, и, в первую очередь, МП, к воздействию ЭМП. Информация отаких базах данных автору неизвестна.
К настоящему времени достаточно подробно исследованы механизмы влияния ЭМП на отдельные элементы и структуру материала ИС. Однако в литературе отсутствует описание методов и алгоритмов оценки устойчивости МП к воздействию ЭМП, не разработаны средства определения допустимых уровней помех, вызывающих нарушение работоспособности МП.
Поэтому исследование методов и средств оценки устойчивости МП в составе ЮС к воздействию ЭМП, применение которых будет способствовать повышению надежности аппаратуры в целом, является весьма актуальной задачей, и представляет значительный интерес не только с научной, но и с практической точки зрения.
Цель работь). Целью диссертационной работы является разработка, теоретическое исследование и практическое применение методов и средсгв оценки устойчивости МП в составе ЮС к воздействию ЭМП.
Основные задачи диссертации. Реализация поставленной цели осуществляется в работе посредством решения следующих задач:
вмбор параметров и форм сигналов имитации ЭМП;
разработка методов испытаний и оборудования, необходимого для исследования устойчивости МП к воздействию ЭМП с широким спектром уровней и параметров;
разработка методов и критериев количественной оценки устойчивости и работоспособности МП в составе оборудования РЭС;
построение логико-функциональной модели МП произвольного типа для контроля н диагностирования с целью формулирования модели неисправностей и синтеза тестовых последовательностей команд, обеспечивающих обнаружение отказов МП при воздействии 'міектро-шпппных помех;
- разработка методики, алгоритмов н программного обеспечения для
автоматизации процедуры синтеза минимального набора тестовых
последовательностей команд для контроля устойчивости МП;
практическое применение разработанных методов испытаний для оценки устойчивости МП различных типов.
МстшР^_і'сслед()ва_чмя. Решение рассматриваемых в диссертации задач базируется на использовании методов системотехники и математического моделирования, теории вероятности и математической статистики, теории графов, теории ашорнтмов, программирования и моделирования на ЭВМ.
Для прямого подтверждения достоверности результатов теоретических исследований используется непосредственный эксперимент на снышых образцах МП. для косвенного - анализ эффективности предложенных методов определения устойчивости по отзывам организаций, внедривших полученные автором результаты исследований.
Цзулищпшш'зна.диссертационной работы заключается в следующем:
- разработаны методы моделирования и критерии оценки устой
чивости МП при воздействии электромагнитных помех;
-предложены практические методики определения границ безотказной работы МП в широком диапазоне уровней и параметров поме-ховоїо воздействия, основанные на системном подходе к надежности МП в условиях воздействия дестабилизирующих факторов;
разработана логико-функциональная моделі. МП в виде М-грофа и сформулирована модель неисправностей для целей исследования устойчивости к ЭМП. не требующие от разработчика тесговых программ знаний подробностей технической реализации МП:
разработан алгоритм построения комбинации кодов, обеспечивающих обнаружение отказов МП при воздействии электромапшгных помех м алгоритм построения минимальной логической формулы для
синтеза оптимальных тестовых последовательной ей команд МП, основанный на блочном анализе состояния объекта диагностирования (прогнозирования) и позволяющий с минимальными заїра тми времени и с высокой степенью достоверности оценивать состояние МП.
Разработанная методология оценки (прогнозирования) устойчивости МП к воздействиям электромагнитных помех в публикациях но данной тематике не встречается и впервые приводится в работах автора.
Практическая ценность работы. Практическая ценность результатов, полученных в диссертации состоит в том, что они:
позволяют значительно повысить надежность разрабатываемой аппаратуры за счет оптимального выбора типов и режимов эксплуатации используемых МП;
на их основе предложены методы и средства оценки устойчивости МП к воздействию ЭМП не только для существующих типов МП, но и вновь разрабатываемым, так как базируются на логико-функциональной модели к системе команд МП;
предлагают алгоритмы и программы построения модели МП и синтеза минимального набора тестовых последовательностей команд для целей исследования устойчивости МЛ к ЭМП.
По результатам диссертационной работы создан пакет программ на алгоритмическом языке программирования ПАСКАЛи в среде операционной системы MS DOS, автоматизирующий процедуру синтеза минимального набора тестовых последовательностей команд для целей исследования устойчивости МП произвольных типов к ЭМП.
Результаты, полученные автором, использованы в отраслевом руководящем документе по методам и средствам оценки устойчивости интегральных схем н МП к воздействию ЭМП, разработанном в концерне электронной промышленности России, а также в учебном процессе БГУИР
по специальности 23.03 в курсах лекций 'Теоретические основы конструирования и надежности ЮС" и "Консіруированне ГЭС".
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "ИЭТ СВЧ" (Красноярск, 1988г.), II межотраслевой НТК "Применение микропроцессорных систем в управлении производством ИЭТ" (Москва, !990г.). а также на других всесоюзных и республиканских научно-технических конференциях.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, в том числе основной текст - 141 страница, содержит список литературы, включающий 122 наименования.
