ПЕРЕНОСНОЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
PORTABLE DIAGNOSTIC COMPLEX

Изобретение относится к цифровой вычислительной электронике и может использоваться для диагностики работоспособности других электронных устройств, в частности аппаратуры системы управления (СУ).
Из уровня техники известен аналог: переносной программно-диагностический комплекс (патент RU 2363975), который предназначен для диагностики и обнаружения неисправностей радиоэлектронных изделий (РЭИ), который включает: монитор (единое индикаторное устройство для отображения цифробуквенной и графической информации), управляющую ЭВМ, многоканальный генератор аналоговых сигналов с цифровым управлением, многоканальный генератор импульсно-кодовых сигналов с цифровым управлением, многоканальный цифровой преобразователь аналоговых сигналов с цифровым управлением, многоканальный логический анализатор с цифровым управлением, многоканальный диагностический модуль с цифровым управлением, адаптер для соединения с объектом диагностики.
Недостатком аналога является проверка тестируемых изделий, по средством тестовых щупов, что допускает воздействие человеческого фактора на результат проверки, а также требует большое количество сигнальных линий для осуществления проверки изделий.
Прототип описан в статье «Разработка отладочного комплекса JTAG для проведения диагностики БЦВМ» (Основные направления и формы использования инновационных разработок при создании ракетно-космической техники. Сборник материалов, Научно-практический семинар молодых ученых и специалистов предприятий космической промышленности, г. Королев Московской области, 2007, с. 85-98). В статье описывается устройство, в котором тестируемая плата с расположенными на ней БИС подключается через последовательный канал передачи данных (JTAG интерфейс) к некоторому ведущему устройству. Ведущее устройство решает задачи, связанные с диагностикой тестируемого устройства, локализацией неисправностей, загрузкой конфигураций PLD и т.п. Как правило, ведущим устройством является персональный компьютер, оснащенный соответствующим программным обеспечением. В статье приведена схема узлов и связей адаптера с персональным компьютером (ПК) и тестируемым изделием. Адаптер подключается к ПК через интерфейс USB 2.0, а к тестируемому изделию - через интерфейс JTAG. ПК связан через интерфейс USB 2.0, цепь питания которого подключена ко всем элементам адаптера, а шина данных связана с приемопередатчиком интерфейса USB 2.0, который связан двунаправленной шиной данных с микроконтроллером. В свою очередь микроконтроллер имеет однонаправленные связи с функциональными блоками логического узла и связан шиной управления с ОЗУ, при этом адаптер имеет общую шину, которая предоставляет двунаправленную связь между микроконтроллером, ОЗУ, логическим узлом, а также обеспечивает связь микроконтроллера с адресным расширителем, который в свою очередь связан с ОЗУ. Логический узел связан с интерфейсом JTAG через сигнальные линии последовательного синхронного 4-проводного интерфейса JTAG.
Недостатком прототипа является то, что в данной схеме отсутствует возможность оперативного перепрограммирования логического узла, а приведенная в статье схема с низкой производительностью ввиду того, что обработка сигналов JTAG полностью возложена на микроконтроллер.
Задачей изобретения является создание мобильного переносного комплекса, позволяющего проводить диагностику, тестирование, программные испытания и настройку радиоэлектронных изделий.
Для решения поставленной задачи адаптер должен работать вместе с ПК и программатором, образуя переносной диагностический комплекс (ПДК). На ПК должно быть установлено программное обеспечение, которое позволяет проводить диагностику, тестирование, программные испытания и настройку РЭИ, а программатор должен применяться для перепрограммирования оперативно-перепрограммируемого логического узла адаптера.
Разработанный ПДК включает в себя следующие элементы, представленные на фигуре:
1 - Персональный компьютер;
2 - Тестируемое изделие;
3 - Программатор;
4 - Интерфейс USB;
5 - Приемопередатчик интерфейса USB;
6 - Схема формирования сигнала СБРОС;
7 – Оперативно-перепрограммируемый логический узел;
8 - Микроконтроллер;
9 – ОЗУ;
10 - Интерфейс JTAG;
11 - Вспомогательный интерфейс JTAG.
Элементы ПДК имеют следующие связи:
ПК (1), к которому по средствам USB кабеля (ИЮ-1) подключается адаптер через интерфейс USB (4), цепь питания (ЦП-1) которого поступает на приемопередатчик интерфейса USB (5), схему формирования режима СБРОС (6), оперативно-перепрограммируемый логический узел (ОПЛУ) (7), микроконтроллер (8), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (9), интерфейс JTAG (10) и вспомогательный интерфейс JTAG (11). Информационная шина (ШД-1) интерфейса USB (4) связана с приемопередатчиком интерфейса USB (5). Общая шина данных 8 бит (ШД-2) адаптера подключается к приемо-передатчику интерфейса USB (5), микроконтроллеру (8), ОЗУ (9) и ОПЛУ (7), чем обеспечивает: связь (ШД-2.1) приемопередатчика интерфейса USB (5) с микроконтроллером (8), связь (ШД-2.2.) микроконтроллера (8) с ОЗУ (9), связь (ШД-2.3) микроконтроллера (8) с ОПЛУ (7). Микроконтроллер (8) имеет однонаправленную связь шиной управления (ШУ-5) с ОЗУ (9) и взаимно связан двумя шинами управления (ШУ-1 и ШУ-2) с приемопередатчиком интерфейса USB (5). ОПЛУ (7) и микроконтроллер (8) взаимно связаны между собой двумя шинами управления (ШУ-3 и ШУ-4) и двумя шинами данных (ШД-3 и ШД-4). Схема формирования режима СБРОС (6) связана с приемопередатчиком интерфейса USB (5) и микроконтроллером (8) через отдельные сигнальные независимые электрические цепи (ЭЦ-1 и ЭЦ-2), которые взаимно инвертированные-синфазные по отношению друг к другу. ОПЛУ (7) и микроконтроллер (8) имеют по одной однонаправленной шине адреса 8-бит (ША-1 и ША-2), вместе образующие одну шину адреса 8-бит, которая соединена с ОЗУ (9). Интерфейс JTAG (10) и вспомогательный интерфейс JTAG (11) подключены к ОПЛУ (7) через сигнальные линии последовательного синхронного 4-проводного интерфейса JTAG (ИД-1 и ИД-2). В интерфейс JTAG (10) с применением JTAG кабеля (ИД-3) подключается тестируемое изделие (2), а вспомогательный интерфейс JTAG (11) также имеет цепь питания (ЦП-2), которая совместно с JTAG кабелем (ИД-4) подключается в программатор (3). Программатор (3) шиной данных, в качестве которой применяется USB кабель (ИЮ-2), связан с ПК (1).
ПДК работает следующим образом:
К адаптеру через интерфейс USB (4) подключается ПК (1), а через интерфейс JTAG (10) - тестируемое изделие (2). Через ПК (1) осуществляется управление адаптером и его питание, в том числе перепрограммирование. В адаптере используется интерфейс USB-2.0 или USB-3.0, при этом нормальная работа адаптера возможна при разных версиях интерфейса USB у адаптера и ПК, наличие интерфейса USB-3.0 у ПК и адаптера повышает быстродействие последнего. Общая шина данных 8-бит (ШД-2) позволяет применять в адаптере микроконтроллер с ограниченным количеством портов 8-бит, так как, используя один порт 8-бит микроконтроллера (8), соединяет его сразу с тремя элементами адаптера. Информация с ПК (1, через интерфейс USB (4) поступает на приемопередатчик интерфейса USB (5), который преобразует цифровой последовательный информационный поток в параллельный цифровой двунаправленный поток и передает его на общую шину данных 8-бит (ШД-2), а сигнал, поступающий по шине управления ШУ-2, обеспечивает его прием микроконтроллером (8) через связь ШД-2.1. Микроконтроллер (8) через шину управления ШУ-1 сообщает о готовности принять (передать) информацию с (на) ПК (1), таким образом, приемопередатчик интерфейса USB (5) служит для организации приема и передачи информационного цифрового потока между ПК (1) и микроконтроллером (8), который является инициатором обмена. Также микроконтроллер (8) осуществляет работу с ОЗУ (9) в режимах «чтение» и «запись». Обмен данными между микроконтроллером (8) и ОЗУ (9) осуществляется через общую шину данных 8-бит (ШД-2) по средствам связи ШД-2.2. Для чтения и записи информации используется шина адреса (ША-2), шина управления (ШУ-5). Работа микроконтроллера (8) с ОЗУ (9) имеет ряд особенностей, связанных с тем, что ОЗУ (9) является 16-разрядным, а микроконтроллером (8) 8- разрядным. Если для работы достаточно 50% объема ОЗУ (9), то применяется только одна шина адреса (ША-1 или ША-2), которая выбирается микроконтроллером (8) автоматически на уровне микропрограммы, если для работы требуется более 50% объема ОЗУ (9), то микроконтроллер (8) работает совместно с ОПЛУ (7), в котором на программном уровне реализован адресный расширитель, который позволяет 8-разрядному микроконтроллеру (8) задействовать полный объем оперативной памяти 16-разрядного ОЗУ (9).
Работа осуществляется следующим образом: микроконтроллер (8) отправляет на общую шину данных 8-бит (ШД-2), по связи ШД-2.3, биты информации [0…7], которые запоминаются ОПЛУ (7) на входе шины адреса (ША-1), после чего ОПЛУ задерживает любую поступающую по общей шине данных 8-бит (ШД-2) информацию, до поступления сигнала от микроконтроллера (8) по шине управления (ШУ-3). Далее микроконтроллер (8) отправляет на вход шины адреса (ША-2) биты информации [8…15], после чего ОЗУ (9) по команде, поступающей по шине управления (ШУ-5), принимает объединенный 16-битный сигнал от двух шин адреса (ША-1 и ША-2). Микроконтроллер (8) осуществляет работу с ОПЛУ (7), который является отдельной частью логики, реализованной с применением ПЛИС, и содержит дешифратор, мультиплексор и синхронный двунаправленный сдвиговый регистр, которые формируют циклограмму стандартов JTAG, чем обеспечивают обмен информацией между микроконтроллером (8) и тестируемым изделием (2). Использование ПЛИС позволяет повысить быстродействие, а также точность при работе с данными по интерфейсу JTAG (10) по средствам снижения вычислительной нагрузки на микроконтроллер (8) и увеличения доступного в нем объема свободной памяти. Интерфейс JTAG (10) связан с ОПЛУ (7), принимает обработанные микроконтроллером (8) и ОПЛУ (7) сигналы и передает их на подключенное к нему тестируемое изделие (2). Интерфейс JTAG (10) является активным и усиливает сигнал, поступающий на него с ОПЛУ (7), а также способен восстанавливать сигнал, принимаемый из тестируемого изделия (2). Для перепрограммирования ОПЛУ (7) применяется программатор (3), который подключается к ПК (1) и к вспомогательному интерфейсу JTAG (11). Через ПК (1) осуществляется управление программатором (3), а также его питание. Вспомогательный интерфейс JTAG (11) применяется только для перепрограммирования ОПЛУ (7) и помимо сигнальных линий последовательного синхронного 4-проводного интерфейса JTAG, предназначенных для подключения кабеля JTAG (ИД-4), содержит цепь питания (ЦП-2), которая применяется для запитывания входного буфера программатора (3). В адаптере также присутствует схема формирования сигнала СБРОС (6), которая дает возможность оператору ПК (1) выполнить принудительную перезагрузку микроконтроллера (8) и очистку данных FIFO приемопередатчика интерфейса USB (5).
По существу изобретения представляет собой:
Переносной диагностический комплекс, в котором к ПК (1) подключен адаптер через интерфейс USB (4), цепь питания (ЦП-1) которого подключается ко всем элементам адаптера, а информационная шина связана с приемопередатчиком интерфейса USB (5), который организует прием и передачу информационного цифрового потока между ПК (1) и микроконтроллером (8), который связан с оперативным запоминающем устройством (9) шиной управления (ШУ-5), а тестируемое изделие (2) подключено к адаптеру через интерфейс JTAG (10), который связан с логическим узлом, при этом в адаптере применен оперативно перепрограммируемый логический узел (7), который взаимно связан двумя шинами управления (ШУ-3 и ШУ-4) и двумя шинами данных (ШД-3 и ШД-4) с микроконтроллером (8) и вспомогательным интерфейсом JTAG (11), имеющим контакт цепи питания (ЦП-2), в который подключен программатор (3) связанный по цепи управления (ИЮ-2) с ПК (1), общая шина данных 8-бит (ШД-2) обеспечивает связь микроконтроллера (8) с ОЗУ (9), реализованным в ОПЛУ (7) адресным расширителем и приемопередатчиком интерфейса USB (5), с которым он также взаимно связан двумя шинами управления (ШУ-1 и ШУ-2), а с ОЗУ (9) - микроконтроллер (8) шиной адреса 16-бит, которая формируется из двух шин адреса 8-бит (ША 1 и ША-2), исходящих из микроконтроллера (8) и ОПЛУ (7), схема формирования режима СБРОС (6) связана с приемопередатчиком интерфейса USB (5) и микроконтроллером (8) через отдельные сигнальные независимые электрические цепи, которые взаимно инвертированные-синфазные по отношению друг к другу.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей, снижение стоимости и его масса-габаритных характеристик при использовании микроконтроллера с ограниченным количеством портов.
Переносной диагностический комплекс позволяет осуществлять следующие действия с тестируемым изделием:
1) начальную диагностику и настройку;
2) контроль электрических связей;
3) проверку печатных плат;
4) программирование и считывание памяти;
5) комплексные стендовые работы и программные испытания;
6) проверку качества и общей работоспособности цифровых логических микросхем, электронных блоков, узлов и электрических соединений (разъемных и неразъемных);
7) проверять работоспособность сервисных программ аппаратуры;
8) поддерживает технологию граничного сканирования;
9) вести работу в многогранном режиме.
При работе с тестируемым изделием диагностический комплекс может осуществлять мониторинг работы и отладку изделия, не нарушая его нормальной работы. При наличии у тестируемого изделия собственного микроконтроллера имеется возможность использовать его вычислительные ресурсы для проверки изделия.