Устройство и способ гибридного сканирования радиоэлектронной аппаратуры
DEVICE AND METHOD FOR HYBRID SCANNING OF RADIO-ELECTRONIC EQUIPMENT

Комплекс изобретений относится к средствам автоматизированного контроля и диагностики радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) сложных объектов, в состав которых входят сменные функциональные узлы, в частности - к устройствам и способам контроля работоспособности и диагностики неисправностей РЭА.
Изобретение может быть использовано при диагностике состояния технических систем (в частности - РЭА) различной степени сложности построенных на базе программируемых логических интегральных схем или микропроцессоров, алгоритм работы которых сложен в связи с высокой информационной емкостью программируемых элементов или частично скрыт от пользователя.
Существуют различные виды технических устройств и способов контроля работоспособности и диагностики неисправностей РЭА, которые основываются на применении средств цифровой вычислительной техники, цифровых измерительных приборов, программно-управляемых источников тестовых воздействий и реализуют автоматизированные способы контроля работоспособности диагностики неисправностей РЭА [3].
Известен автоматизированный комплекс для контроля и диагностики неисправностей РЭА, включающий блок синхронизации, блок формирования тестов, блок сопряжения и управляющий компьютер, соединенный входами-выходами с выходами-входами блока сопряжения, блок сопряжения установлен на свободный слот системной магистрали управляющего компьютера, коммутатор, группа выходов и группа входов которого являются соответственно группой выходов и группой входов автоматизированного комплекса контроля и диагностики для подключения к объекту контроля, первый выход блока формирования тестов соединен с первым входом коммутатора, первый выход блока синхронизации подключен к синхронизирующему входу блока формирования тестов, отличающийся тем, что дополнительно содержит логический анализатор, сигнатурный анализатор, блок цифровых осциллографов, блок программируемых источников электропитания, блок программируемых генераторов сигналов специальной формы и локальную магистраль обмена данными, через которую блок сопряжения соединен с блоком формирования тестов, логическим анализатором, сигнатурным анализатором, блоком цифровых осциллографов, блоком синхронизации, блоком программируемых источников электропитания, блоком программируемых генераторов сигналов специальной формы, коммутатором, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока синхронизации соединены с синхронизирующими входами соответственно сигнатурного анализатора, блока цифровых осциллографов, логического анализатора и блока программируемых источников электропитания, первый выход которого подключен ко второму входу коммутатора, третий вход которого подключен к выходу блока программируемых генераторов сигналов специальной формы, выход коммутатора подключен к первому входу логического анализатора, второй вход которого и входы сигнатурного анализатора и блока цифровых осциллографов являются соответствующими входами автоматизированного комплекса контроля и диагностики для подключения к объекту контроля, выходы блока формирования тестов и блока программируемых источников электропитания являются соответствующими выходами автоматизированного комплекса контроля и диагностики для подключения к объекту контроля, а информационные выходы управляющего компьютера являются выходами комплекса, при этом коммутатор содержит группу входов и группу выходов для подключения комплекса к объекту контроля, а также содержит дополнительные входы, которые соединены соответственно с выходами блока формирования тестов, блока программируемых источников электропитания, блока программируемых генераторов сигналов специальной формы, содержит отдельный выход, соединенный с входом логического анализатора для передачи с выхода объекта контроля на вход логического анализатора измеряемых сигналов отклика, при этом коммутатор предназначен для осуществления при работе комплекса в режиме встроенного контроля непосредственного поочередного подключения входов измерительных блоков к выходам блоков формирования соответствующих стимулирующих воздействий по командам от управляющего компьютера, а также для осуществления при работе комплекса в режимах контроля и диагностики соответствующего подключения объекта контроля к выходам источников стимулирующих воздействий и к входам логического анализатора, управляющий компьютер комплекса предназначен для хранения базы данных и программы работы комплекса, извлечения из базы данных программы контроля по заданному типу объекта, включая эталонные тесты, обеспечения работы всех составных частей комплекса по заданной программе, занесения тестов в буферную память блока формирования тестов, управления выдачей тестовых сигналов с блока формирования тестов, управления установкой параметров сигналов специальной формы для контроля аналоговых и аналого-цифровых схем, управления выдачей тестовых сигналов, измерением параметров сигналов отклика и сравнением сигналов отклика с эталонными сигналами по программе, фиксации результата сравнения, полученного в каждом такте, анализа результатов сравнения эталонных сигналов и сигналов отклика для каждого такта, формирования сообщений о положительных результатах контроля, выдачи сообщения о неисправности объекта контроля и о необходимости диагностики неисправностей, выдачи по программе диагностики указания на подключение щупов сигнатурного анализатора, логического анализатора и цифрового осциллографа в соответствующие промежуточные точки схемы, идентификации на основе анализа параметров сигналов, полученных с помощью сигнатурного анализатора, логического анализатора и цифрового осциллографа неисправности и выдачи уточнения на анализ других участков электрической схемы объекта контроля, управления последовательностью поочередного подключения входов измерительных блоков комплекса (цифрового осциллографа, логического анализатора, сигнатурного анализатора) с помощью коммутатора к выходам блоков формирования стимулирующих воздействий (блока формирования тестов, блока программируемых генераторов специальной формы, блока программируемых источников электропитания) по программе встроенного контроля, логический анализатор снабжен на входе набором компараторов логического нуля и логической единицы и предназначен для подключения входными цепями к выходам коммутатора, а через коммутатор - к выходам объекта контроля, приема с выхода объекта контроля через коммутатор на входные цепи сигналов отклика, уровень которых может соответствовать значению логического нуля или логической единицы, идентификации выходных сигналов отклика объекта контроля значениями ноль или единицам, занесения этих значений в соответствующие разряды выходного регистра логического анализатора, формирования кода отклика на поданный на объект контроля входной тест, работы синхронно с блоком формирования тестов под управлением блока синхронизации. [2]
Недостатками работы данного комплекса являются ограниченная область применения, невозможность формирования тестов в случае если алгоритм работы изделия определяется программируемыми элементами изделия, такими как ПЛИС или микропроцессором в связи с чем он может быть сложен или скрыт, что делает невозможным определение сочетания входных сигналов для определения структуры и алгоритма работы блока формирования стимулирующих воздействий. Программируемые элементы изделия, такие как ПЛИС и микропроцессоры имеют большое число выводов, также к значительному числу выводов доступ может быть затруднен, что делает ограниченным контроль по внутренним точкам с использованием сигнатурного анализатора, логического анализатора и цифрового осциллографа.
Известен способ формирования диагностических тестов, основанный на формировании комбинаций входных тестовых сигналов с заданными сочетаниями параметров сигналов и с заданными последовательностями подачи входных сигналов, соответствующими подаче входных сигналов при штатной работе реальных диагностируемых изделий данного типа, а также на определении параметров сочетаний выходных сигналов для каждой комбинации входных тестовых сигналов, отличающийся тем, что на основе описания внутренних частей данного типа изделий формируют эквивалентную эталонную модель соединений, в разрывы эквивалентной эталонной модели соединений включают предварительно подготовленные эталонные модели составных частей данного типа изделий, задают на входы полученной эталонной модели диагностируемых изделий соответствующие сочетания входных сигналов в соответствующей последовательности, отражающей реальную штатную работу диагностируемых изделий, для каждого сочетания задаваемых входных сигналов определяют параметры сочетаний сигналов отклика на выходах эталонной модели диагностируемого изделия и в характерных промежуточных точках между эталонными моделями составных частей изделия, заносят с помощью ЭВМ значения параметров сигналов отклика, полученные с выходов эталонной модели и с промежуточных точек эталонной модели диагностируемого изделия, вместе с параметрами соответствующих тестовых входных сигналов в базу данных, повторяют процесс подачи входных тестовых сигналов и определения параметров эквивалентных выходных сигналов до полного перебора всех состояний эталонной модели диагностируемого изделия, сформированную совокупность входных тестовых сигналов и связанных с ними критериальных эквивалентных выходных сигналов используют для диагностики состояния реальных изделий и диагностики неисправностей составных частей изделий. [1]
Недостатками данного способа являются ограниченная область применения, невозможность формирования тестов в случае если алгоритм работы изделия определяется программируемыми элементами изделия, такими как ПЛИС или микропроцессором в связи с чем он может быть сложен или скрыт, что делает невозможным определение сочетания входных сигналов в соответствующей последовательности, отражающей реальную штатную работу диагностируемых изделий.
Техническим результатом от использования изобретения является обеспечение возможности формирования тестов для изделий алгоритм работы которых определяется программируемыми элементами такими как ПЛИС или микропроцессор; обеспечение возможности формирования тестов по заявленному способу для различных классов изделий в различных предметных областях, имеющих схожую архитектуру из некоторого конечного набора тестов функциональной проверки; снижение сроков разработки тестов; улучшение качества диагностики; уменьшение времени на диагностику изделия.
Технический результат достигается тем, что изобретение устройство гибридного сканирования, содержит электронно-вычислительную машину, вход-выход которой связан с первым входом-выходом не менее чем одного устройства управления, второй и третий входы-выходы которого связаны с входами-выходами не менее одной памяти ответных векторов и не менее одной памяти тестовых векторов, первый выход которой соединен с первым входом не менее одного интерфейса краевых разъемов объекта контроля, передающего сигнал непосредственно на объект контроля посредством не менее одного краевого разъема, при этом первый вход не менее чем одной памяти ответных векторов выполнен с возможностью приема выхода с не менее чем одного краевого разъема объекта контроля посредством не менее одного интерфейса краевых разъемов объекта контроля, при этом не менее чем одно устройство управления типовыми и тестовыми интерфейсами первым входом и первым выходом соединено с соответствующими выходом и входом устройства управления, а первый и второй входы-выходы не менее чем одного устройства управления типовыми и тестовыми интерфейсами выполнены с возможностью соединения с соответствующими входами-выходами не менее одного тестового интерфейса объекта контроля и не менее одного типового интерфейса объекта контроля, при этом второй выход не менее чем одного устройства управления типовыми и тестовыми интерфейсами соединен со вторым входом не менее одной памяти ответных векторов, а его второй вход соединен со вторым выходом не менее одной памяти тестовых векторов, при этом другой выход устройства управления соединен с другим входом не менее одного интерфейса краевых разъемов объекта контроля, при этом электронно-вычислительная машина соединена с составным блоком, содержащим связанные для обмена данными не менее чем одно устройство для функциональной поверки изделия, блок формирования модельных интервалов времени и синхронизации, не менее чем один типовой отладочный интерфейс, отличающееся тем, что выполнено с возможностью подключения к объекту контроля через интерфейс краевых разъемов и типовые тестовые интерфейсы, при этом устройство выполнено с возможностью выделения дискретного модельного интервала времени в интервале времени от 10 пикосекунд до 24 часов. При этом в изобретении способе сначала анализируют структурную, функциональную, принципиальную схемы или физический образец объекта контроля, после чего формируют модель объекта контроля, затем через краевой разъем подают тестовые воздействия на объект контроля и анализируют реакция кластеров и выводы элемента объекта контроля. В дальнейшем выводы элемента объекта контроля программируют на время проведения тестовых испытаний посредством изменения алгоритма формирования сигналов, после этого определяют набор тестовых последовательностей для каждого из кластеров в соответствии с его функциональной моделью. Тестовые воздействия подают на кластеры через краевые разъемы и выводы программируемых элементов и сканируют состояние этих выводов, подавая тестовые воздействия и анализируя ответную реакцию кластеров в модельном интервале времени, близком к моменту подачи тестового вектора. В заключение делают вывод о правильности функционирования кластеров по отдельности и возможности формирования сигналов на выводах программируемых элементов объекта контроля, а также возможности их программирования
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:
на фиг. 1 представлена блок схема заявленного устройства гибридного сканирования РЭА;
на фиг. 2 представлена схема составного блока устройства гибридного сканирования РЭА;
на фиг. 3 представлена блок схема заявленного способа гибридного сканирования РЭА;
на фиг. 4 обобщенная структурная схема объекта контроля;
на фиг. 5 представлена схема организации временных интервалов подачи и анализа тестовых воздействий.
На чертежах обозначены следующие элементы комбинированного устройства ввода информации:
1 - ЭВМ;
2- устройство управления;
3 - память ответных векторов;
4 - память тестовых векторов;
5 - краевые разъемы объекта контроля;
6 - объект контроля;
7 - тестовые интерфейсы объекта контроля;
8 - типовые интерфейсы объекта контроля;
9 - устройство управления типовыми и тестовыми интерфейсами;
10 - интерфейс краевых разъемов объекта контроля;
11 - устройство для функциональной проверки изделия;
12 - блок формирования модельных интервалов времени и синхронизации;
13 - типовые отладочные интерфейсы для программирования выводов программируемых элементов объекта контроля;
14 - анализ структурной, функциональной, принципиальной схемы или физического образца объекта контроля;
15 - формирование модели объекта контроля, в который входят отдельные функциональные кластеры, выводы краевых разъемов и выводы программируемых элементов;
16 - определение наборов тестовых последовательностей для каждого из кластеров в соответствии с его функциональной моделью;
17 - подача тестовых воздействий через краевые разъемы и выводы программируемых элементов, в т.ч. сканирование состояния выводов краевых разъемов и состояния выводов программируемых элементов;
18 - вывод о правильности работы объекта контроля;
19 - n-ый набор ядер (Jn), представляющий собой программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), микропроцессоры или программируемые контроллеры;
20 - набор ядер (Л), представляющий собой программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), микропроцессоры или программируемые контроллеры;
21 - набор периферийных контроллеров (Pm), предназначенных для обслуживания стандартных интерфейсов;
22 - набор периферийных контроллеров (Р1), предназначенных для обслуживания стандартных интерфейсов;
23 - краевые разъемы объекта контроля (S1);
24 - краевые разъемы объекта контроля (Sl);
25 - связи (L1), отражающие маршрут передачи информации и сигналов управления;
26 - связи (Li), отражающие маршрут передачи информации и сигналов управления;
27 - набор функциональных кластеров (С1), представляющих собой совокупность элементов, выполняющих некоторую отдельную функцию обработки данных;
28 - набор функциональных кластеров (Сk), представляющих собой совокупность элементов, выполняющих некоторую отдельную функцию обработки данных.
Устройство гибридного сканирования РЭА содержит не менее одного устройства управления (2), не менее одной памяти тестовых векторов (4), не менее одной памяти ответных векторов (3), не менее одного устройства управления типовыми и тестовыми интерфейсами (9), не менее одного краевого разъема (5), не менее одного типового интерфейса (8), ЭВМ (1) и объект контроля (6).
Предлагаемое устройство гибридного сканирования РЭА работает следующим образом: управляющая ЭВМ (1) по программе проверки формирует поток команд для устройства управления (2); устройство управления производит дешифрацию, исполнение потока команд и обмен данными между ЭВМ (1) и памятью тестовых векторов (4) и памятью ответных векторов (3); через интерфейс краевых разъемов (10) тестовые векторы из памяти (4) подаются на объект контроля, также с объекта контроля через интерфейс краевых разъемов (10) ответная реакция объекта контроля запоминается в памяти ответных векторов (3); устройство управления типовыми и тестовыми интерфейсами (9) получает команды и данные от устройства управления (2) и производит анализ состояния и программирование выводов программируемых элементов объекта контроля посредством встроенных тестовых (7) и типовых (8) интерфейсов объекта контроля; устройство управления (2) отображает на свою внутреннюю память набор тестовых векторов для подачи на объект контроля через выводы программируемых элементов объекта контроля (6) а также отображает на свою внутреннюю память набор векторов ответной реакции элементов объекта контроля которые подключены к выводам программируемых элементов; устройство управления унифицирует доступ к элементам объекта контроля (6) через краевые разъемы объекта контроля (5) и через типовые и тестовые интерфейсы (8) (7).
Составной блок устройства гибридного сканирования РЭА фиг.2. включает в себя устройство для функциональной проверки изделия (11), которое выполняет проверку изделия на уровне функциональных элементов, блоков и кластеров, группы типовых отладочных интерфейсов для программирования выводов программируемых элементов объекта контроля (13), которая производит декомпозицию структуры объекта контроля путем программирования выводов программируемых элементов и обеспечения доступа к этим выводам, блока формирования модельных интервалов времени и синхронизации (12), который обеспечивает синхронную поочередную работу блоков 13 и 11 выделяя интервалы времени функциональной проверки и времени на программирование выводов программируемых элементов и декомпозицию структуры объекта контроля(б). Управление процессом проверки изделия производится управляющей ЭВМ (1) по программе.
Составной блок устройства гибридного сканирования РЭА работает следующим образом: управляющая ЭВМ (1) по программе проверки формирует поток команд, обеспечивает обмен данными между блоками 11 и 13 и программой, блок программирования выводов программируемых элементов объекта контроля (13) производит декомпозицию структуры объекта контроля путем разбиения структуры объекта контроля (6) на отдельные функциональные элементы, блоки и кластеры посредством управления тестовыми (7) и типовыми интерфейсами объекта контроля (8), блок формирования модельных интервалов времени и синхронизации обеспечивает поочередную работу блоков 13 и 11 и выделяет детерминированные модельные интервалы времени для функциональной проверки функциональных элементов, блоков и кластеров объекта контроля через краевые разъемы объекта контроля (5) и выводы программируемых элементов объекта контроля доступ к которым обеспечивается блоком 13. Таким образом, обеспечивается разбиение структуры объекта контроля (6) на отдельные функциональные элементы, блоки и кластеры, предоставление к ним доступа так же как и к краевым разъемам (5) с целью обеспечения функциональной проверки объекта контроля представленного в виде модели набора функциональных элементов, блоков и кластеров на функциональном уровне простыми методами функционального тестирования
Предлагаемый способ гибридного сканирования РЭА работает следующим образом: анализируется структурная, функциональная, принципиальная схема или физический образец объекта контроля (14); формируется модель объекта контроля, в который входят отдельные функциональные кластеры, выводы краевых разъемов и выводы программируемых элементов (15); определяется набор тестовых последовательностей для каждого из кластеров в соответствии с его функциональной моделью (16); подаются тестовые воздействия через краевые разъемы и выводы программируемых элементов, при этом сканируются состояния выводов краевых разъемов и состояния выводов программируемых элементов (17); делаются вывод о правильности работы объекта контроля (18). Алгоритм способа представлен на фиг.3
Пример 1.
Структурная схема объекта контроля (фиг.4) представляет собой обобщенную схему радиоэлектронного устройства, предназначенного для обработки, анализа и преобразования информации, имеющего программируемые элементы J1…Jn, представляющими собой программируемые ПЛИС, микропроцессоры или программируемые контроллеры, набор периферийных контроллеров Р1…Рm, предназначенных для обслуживания типовых (стандартных) интерфейсов таких как, например Ethernet, RS232, USB и других, набор функциональных кластеров C1…Ck, представляющих собой совокупность элементов, выполняющих некоторую отдельную функцию обработки данных (например, постоянная или оперативная память, цифроаналоговое и аналого-цифровое преобразование, интерфейс шины, контроль состояния и другие функции). Отдельные компоненты устройства объединены между собой множеством связей L1…Li, отражающих маршрут передачи информации и сигналов управления. Для подключения устройства к другим объектам с целью реализации его функций использованы краевые разъемы S1…Sp. Сложность или невозможность проведения проверки такой структуры объясняется сложным алгоритмом работы программируемых элементов J1…Jn в связи с их высокой информационной емкостью. Вместе с тем, отдельные кластеры С1…Сk и связи между ними имеют простые и в ряде случаев унифицированные алгоритмы работы и соответственно унифицированные подходы к организации их проверки на функциональном уровне с использованием типовых методов логического, сигнатурного анализа, визуального анализа переходных процессов и состояний с помощью цифрового осциллографа. Набор технических средств для такой проверки показан устройством для функциональной проверки изделия (11) на фиг.2. Таким образом, кластеры и связи могут быть проверены с использованием доступа через краевые разъемы и через выводы программируемых элементов.
Программируемые элементы во время проверки переводятся в тестовый режим, чтобы можно было бы получить доступ к выводам этих элементов так же, как и к краевым разъемам устройства. Для ПЛИС или микропроцессоров можно использовать спецификацию JTAG или иные отладочные интерфейсы, если они предусмотрены, временно их перепрограммировать в тестовый режим, если это возможно, для периферийных контроллеров нужно использовать соответствующие интерфейсы. Набор технических средств для управления выводами программируемых элементов показан типовым отладочным интерфейсом для программирования выводов программируемых элементов объекта контроля на фиг.2.
Для организации работы устройства гибридного сканирования вводится дополнительных блок формирования модельных интервалов времени и синхронизации (12), который обеспечивает поочередную работу устройства для функциональной проверки изделия (11) и типового отладочного интерфейса для программирования выводов программируемых элементов объекта контроля (13). Для этих целей в каждый элемент из набора технических средств устройства для функциональной проверки изделия (11) добавляются сигналы ожидание события синхронизации и сигнал готовность такта (сигнал формируется после выполнения одного такта подачи тестовых воздействий на кластеры и связи между ними), в набор средств для управления выводами программируемых элементов добавляются сигналы ожидание события синхронизации и сигнал готовность цикла (сигнал формируется после выполнения перепрограммирования всех выводов программируемых элементов устройства контроля). Сигнал готовности такта выводит из ожидания типовой отладочный интерфейс для программирования выводов программируемых элементов объекта контроля (13), а сигнал готовности цикла выводит из ожидания устройства для функциональной проверки изделия (11). Вблизи временного интервала сигнала готовность цикла формируется дискретный модельный временной интервал в диапазоне +-dt для анализа ответной реакции объекта контроля.
Проверка изделия производится некоторым набором тестовых векторов, которые передаются на выводы кластеров по тактам функционального тестирования Tf0…Tfi (фиг.5). Внутри каждого такта формируются циклы Cp00…Cpni, посредством которых подаются, анализируются сигналы с выводов программируемых элементов. Анализ правильности функционирования кластеров производится в модельном времени вблизи времени тактов Tf0…Tfi в интервале Tfi-dt…Tfi+dt… отражающих состояние кластеров и переходные процессы. Таким образом, реализуется детерминированная временная метрика, в рамках которой производится анализ правильности функционирования кластеров и связей между ними, краевыми разъемами и выводами программируемых элементов.
Совокупность выходных сигналов кластеров, возможность управления состояниями выводов программируемых элементов, возможность передачи сигналов по линиям связи и краевым разъемам указывает на работоспособность изделия.
Таким образом, заявленное устройство обеспечивает возможность использования методов функциональной проверки для получения диагностических тестов, позволяющих в дальнейшем производить как диагностику общего состояния контролируемого устройства (годен/негоден), так и диагностику неисправностей контролируемого устройства (с точным определением места неисправностей).
Заявленное устройство обеспечивает тестирование изделий РЭА на основе обобщенных функциональных моделей кластеров и унифицированного в рамках данного подхода доступа к ним через программируемые элементы объекта контроля.
Заявленный способ формирования тестов обеспечивает возможность использования методов функциональной проверки для получения диагностических тестов, позволяющих в дальнейшем производить как диагностику общего состояния контролируемого устройства (годен/негоден), так и диагностику неисправностей контролируемого устройства (с точным определением места неисправностей);
формирование диагностических тестов на основе обобщенных функциональных моделей кластеров и унифицированного в рамках данного подхода доступа к ним через программируемые элементы устройства. При этом сущность реализации способа и его эффективность мало зависит от архитектуры и алгоритмов работы устройства в целом.
Источники информации:
Патент РФ RU 2261471, «Способ формирования диагностических тестов», G06F 11/22 (2000.01), G05B 23/00 (2000.01).
Патент РФ RU 2257604, «Автоматизированный комплекс контроля и диагностики» (Варианты) G06F 11/22 (2000.01), G05B 23/00 (2000.01).
Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. т.9. Техническая диагностика. Под ред. В.В. Клюева, М.: Машиностроение, 1987, с. 177-178.