Автоматизированная генерация тестов для цифровых синтезаторов частоты

УДК 621.396

А.В. Рязанов

канд. техн. наук, доцент, кафедра «Конструирование и технологии радиоэлектронных средств», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ГЕНЕРАЦИЯ ТЕСТОВ ДЛЯ ЦИФРОВЫХ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТЫ

Аннотация. В данной работе рассмотрены вопросы разработки системы автоматизированной генерации тестов для цифровых вычислительных синтезаторов частоты, основанной на методе сигнатурного анализа.

Ключевые слова: автоматизированная генерация тестов, синтезатор частоты, сигнатурный анализатор.

A.V. Ryazanov, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alexeev

THE AUTOMATED SYSTEM OF TEST GENERATION FOR THE DIGITAL FREQUENCY SYNTHESIZER

Abstract. The author considers the questions of developing of automated system of test generation for the digital calculation frequency synthesizer, which is based on a method of the signature analysis.

Keywords: automated test generation, frequency synthesizer, signature analysis.

В силу неремонтопригодности интегрального цифрового вычислительного синтезатора частот (ЦВС), встает вопрос не только о включении в его состав средств самодиагностики, но и обеспечения требуемого уровня качества при разработке и изготовлении ЦВС. Для этого при изготовлении опытных образцов и в процессе серийного производства необходимо получать информацию не только о качестве производимых ЦВС, но и о качестве технологического процесса их изготовления. Следовательно, при разработке интегрального ЦВС требуется не только определить эталонную сигнатуру, но и составить диагностический словарь для определения точного места неисправности. Поэтому актуальной становится задача разработки системы автоматизированной генерации тестов (САГТ) на ПЭВМ, которая должна формировать диагностический словарь для разрабатываемого изделия.

Для решения этой задачи необходимо выбрать алгоритм генерации тестовых воздействий. Прежде всего, необходимо выбрать модель сигналов цифровых схем.

В работах [1, 2, 3] показано, что для реализации на ПЭВМ лучше всего подходит модифицированный 9V - алгоритм (9УМ - алгоритм). Он позволяет проводить моделирование цифровых схем с получением эталонных сигнатур для работы встроенных сигнатурных анализаторов и формированием диагностических словарей точного соответствия для контроля качества схем на стадии производства. Так же необходимо выбрать модель неисправностей. При моделировании неисправностей, ограничимся рассмотрением так называемых логических неисправностей, которые могут быть описаны логическими соотношениями.

В настоящее время принято различать два типа моделей неисправностей: структурные и функциональные [3]. В работе [3] показано, что структурные модели неприменимы, если неизвестна точная структура схемы. Поэтому при создании САГТ для ЦВС целесообразно воспользоваться функциональной моделью одиночных константных неисправностей.

Следующим этапом решения задачи, поставленной выше, является выбор типа диагностического словаря (ДС). В работе [3] показано, что для реализации в САГТ для ЦВС целесообразно выбрать ДС точного соответствия, упрощая его путем сжатия информации при помощи метода сигнатурного анализа.

Использование метода сигнатурного анализа для сокращения объема ДС предполагает

аппаратную реализацию сигнатурного анализатора. Однако, при реализации в САГТ, для получения эталонных сигнатур и сокращения объема диагностических словарей необходима программно реализованная математическая модель сигнатурного анализатора (СА).

П

Инициация линейного сдвигового регистра

Рисунок 1 - Алгоритм моделирования последовательного сигнатурного анализатора

Исходя из результатов анализа известных структур ЦВС, а также сведений, приведенных в [3], можно сделать вывод, что для документирования ЦВС на этапе производства достаточно использовать сигнатурные анализаторы с разрядностью не выше 16. Вероятность получения одинаковых сигнатур для разных двоичных последовательностей при использовании 16 -разрядного сигнатурного анализатора не превышает величины 1/216, что составляет приблизительно 0,002%. Дальнейшего существенного повышения точности с увеличением разрядности СР не происходит [3].

В то же время, поскольку в состав БИС целесообразно включать лишь цифровые узлы ЦВС, выходной сигнал такой схемы может иметь несколько разрядов. Следовательно, алгоритм для программной реализации СА на ПЭВМ должен предусматривать возможность выбора разрядности СА и его вида (последовательный или параллельный).

За основу для программной реализации автором, по соображениям точности преобразования и удобства реализации на ПЭВМ, выбран 16 - разрядный последовательный сигнатурный анализатор, принцип функционирования которого приведен в [3, 4].

7

Перекодировка Содержимого регистра из

двоичного в шести ад цат ер и чный код

Рисунок 2 - Алгоритм моделирования параллельного сигнатурного анализатора

Выбор в качестве основы для программной реализации последовательного СА не случаен. В самом деле, изменение разрядности такого анализатора сводится к конфигурированию обратных связей, структура которых может быть программно задана массивом данных, а для преобразования его в параллельный анализатор необходимо ввести в схему операции суммирования по модулю 2 разрядов входной последовательности с соответствующими разрядами СР [3, 4].

Двоичная форма представления информации плохо воспринимается человеком. Идентификация сигнатур происходит намного проще и быстрее, если они воспроизводятся в шест-надцатеричной системе счисления [3, 4].

Для программной реализации автором за основу выбран алгоритм моделирования

сигнатурного анализатора представленный на рисунке 1. Этот алгоритм легко модифицировать [3, 4].

Для моделирования по приведенному алгоритму параллельного сигнатурного анализатора на шаге 4 нужно сложить по модулю 2 с результатом выполнения шага 3 старший разряд очередной входной последовательности, а остальные разряды сложить по модулю 2 с соответствующими разрядами СР (рис. 2). Поскольку конфигурация обратных связей у последовательного и параллельного анализаторов при одинаковой разрядности может быть различной, выбор разрядности и конфигурирование обратных связей целесообразно проводить после выбора вида анализатора. На основании приведенных выше соображений автором разработан алгоритм моделирования последовательных и параллельных сигнатурных анализаторов заданной разрядности, приведенный на рисунке 3.

Рисунок 3 - Алгоритм моделирования последовательных и параллельных сигнатурных анализаторов заданной разрядности

Исходя из разработанного алгоритма, автором составлена подпрограмма формирова-

ния сигнатур, предназначенная для преобразования последовательностей произвольной длины в 16 - разрядные сигнатуры, которые затем переводятся в шестнадцатеричный код для упрощения восприятия. Программа написана на С++ и предназначена для использования в блоках моделирования цифровых узлов САГТ для получения эталонных сигнатур и построения компактных ДС точного соответствия.

На основании проведенных исследований автором разработана и программно реализована система автоматизированной генерации тестов (САГТ) для ЦВС, структура которой приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Укрупненная структурная схема САГТ для ЦВС

Входной информацией для работы системы является описание типов элементов цифровых узлов ЦВС (в том числе реализованных в виде БИС) и описание связей между этими элементами. Оба описания в совокупности (генерацию) тестов диагностирования (блок 1 на рис. 4). ФЗ представляет собой схему электрическую принципиальную выходном формате САПР и после ввода в систему (блок 2) транслируется в формат используемой базы данных.

Конвертер (блок 3) обеспечивает независимость алгоритма генерации тестов от возможных форм представления исходных данных в базе. Разработанная САГТ может работать с различными базами данных. Для этого достаточно лишь использовать соответствующий конвертер.

По описанию структуры устройства строится список рассматриваемых неисправностей (СН) (блок 4). Система ориентирована на диагностирование дефектов, внешне проявляющихся как константные неисправности типа Ба0 и Ба1. Список может быть значительно сокращен, если учесть, что группа неисправностей, имеющих одинаковое проявление на выходах устройства, может быть заменена в списке одним представителем. Эта процедура также выполняется блоком 4. В состав блока 4 включены программные средства, позволяющие составлять или модифицировать СН в интерактивном режиме.

Для последовательностных схем применяется известная процедура преобразования в итеративную комбинационную модель путем разрыва обратных связей (блок 5). Однако в рассматриваемой системе она значительно упрощена, так как предусматривается возможность представления логической схемы устройства на уровне «макроэлементов», как правило, функционально равнозначных серийным ИС.

Собственно генерация тестов (блок 6) производится при помощи 9У - алгоритма.

Особенности технического и программного обеспечения позволяют пользователю доработать тест в интерактивном режиме, а также вводить установочную последовательность (блоки 9, 10).

Системой генерации тестов для цифровых узлов ЦВС выпускается следующая документация и ее электронные аналоги (блок 8):

- таблица теста, содержащая перечень входных воздействий и соответствующих им выходных реакций;

- электронный аналог таблицы теста;

- список непроверенных неисправностей;

- ДС точного соответствия для определения точного местоположения неисправностей.

С целью уменьшения объема ДС и повышения удобства пользования им в САГТ применяется алгоритм, описанный выше, позволяющий сжимать двоичные последовательности произвольной длины в шестнадцатиразрядную сигнатуру (блок 7).

Программа - диспетчер (блок 11) управляет работой САГТ и обеспечивает ее взаимодействие с пользователем. Программа - диспетчер позволяет прерывать работу системы (с сохранением всех полученных результатов) в следующих случаях:

- по директивному указанию пользователя;

- при достижении заданной полноты теста;

- при достижении максимально допустимой длины теста;

- при исчерпании лимита времени, отведенного на построение одной тестовой последовательности.

В состав программы - диспетчера входят информационные программные модули, предоставляющие пользователю на экране дисплея оперативную информацию о достигнутой полноте теста.

Основные программные модули написаны на С++. В настоящее время автором проводятся дальнейшие исследования с целью расширения универсальности разработанной САГТ.

Список литературы:

1. Рязанов, А.В. Программная реализация метода сокращения объема диагностических словарей при автоматизированной генерации тестов для цифровых вычислительных синтезаторов частоты с помощью сигнатурного анализа // Сборник статей по материалам докладов Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении». - Нижний Новгород; Арзамас, 2005. - С. 436-442.

2. Рязанов, А.В. Программная реализация метода сокращения объема диагностических словарей при автоматизированной генерации тестов для цифровых вычислительных синтезаторов частоты с помощью сигнатурного анализа / А.В. Рязанов, В.Л. Ягодкин // ЬХ! научная сессия, посвященная дню радио: труды. - М.: РНТО РЭС им. А.С. Попова, 2006. - С. 327-329.

3. Рязанов, А.В. Система автоматизированной генерации тестов для цифровых вычислительных синтезаторов частоты в интегральном исполнении / А.В. Рязанов // Известия вузов. Поволжский регион. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та. - 2006. - № 6. - С. 293-301.

4. Рязанов, А.В. Система автоматизированной генерации тестов для ЦВСЧ авиационных устройств связи / А.В. Рязанов // Х Международная НТК «Физика и технические приложения волновых процессов»: материалы конференции. - Самара: Книга, 2011. - С. 292-294.