Цифровая обработка сигналов (стр. 1 из 8)
Введение
Широкое распространение радиоэлектронных устройств с применением цифровой обработки сигналов обуславливает повышенный интерес к вопросам диагностирования их технического состояния.
Одной из разновидностей диагностирования цифровых узлов и блоков является тестовое диагностирование, применение которого на этапе проектирования и изготовления цифровых узлов позволяет определить правильность их функционирования и осуществить процедуру поиска неисправностей. При разработке тестовой диагностики возникает сложность в определении эталонных реакций при тестировании существующих схем, в определении оптимального числа контрольных точек для снятия выходной реакции диагностируемой цифровой схемы. Это можно сделать либо создавая прототип разрабатываемого цифрового устройства и проводя его диагностику аппаратурными методами, либо осуществляя моделирование на ЭВМ как цифрового устройства, так и процесса диагностики. Наиболее рациональным является второй подход, который предполагает создание автоматизированных систем диагностики [1], позволяющих производить диагностику цифровых схем на стадии проектирования и способных решать следующие задачи:
Производить логическое моделирование цифровых схем с помощью ЭВМ. Цель логического моделирования состоит в том, чтобы выполнить функцию проектируемой схемы без её физической реализации. Проверка на правильность моделирования может быть различной в зависимости от уровня представления цифровой схемы в ЭВМ. Если, например, осуществляется проверка только значений логической функции на выходе схемы, то достаточно представить схему на уровне логических элементов. Для того чтобы проверить состояния сигналов в схеме, необходимо точно описать задержки срабатывания всех элементов в условиях синхронизации.
Моделирование неисправностей. Задача обнаружения неисправностей в цифровых схемах состоит в том, чтобы определить, обладает ли цифровая схема требуемым поведением. Для решения этой задачи необходимо, прежде всего, установить модель цифровой схемы как объекта контроля, затем метод обнаружения неисправностей и, наконец, модель неисправностей. С точки зрения особенностей поведения цифровых схем их можно разделить на комбинационные и последовательностные. В отношении обнаружения неисправностей комбинационные схемы являются сравнительно простой моделью. Последовательностные схемы в отношении поведения характеризуются наличием внутренних контуров обратной связи, поэтому обнаружение неисправностей в них в общем случае чрезвычайно затруднено.
Моделирование процесса тестовой диагностики.
Классическая стратегия тестирования цифровых схем основана на формировании тестовых последовательностей, позволяющих обнаруживать заданные множества их неисправностей. Для реализации генератора тестовой последовательности желательно использовать простейшие методы, позволяющие избежать сложной процедуры их синтеза. К ним относятся следующие алгоритмы:
формирование всевозможных входных тестовых наборов, т.е. полного перебора двоичных комбинаций. В результате применения подобного алгоритма генерируются счётчиковые последовательности;
формирование случайных тестовых наборов с требуемыми вероятностями единичного и нулевого символов по каждому входу цифровой схемы;
формирование псевдослучайных тестовых последовательностей.
Основным свойством распространённых алгоритмов формирования тестовых последовательностей является то, что в результате их применения воспроизводятся последовательности очень большой длины. Поэтому на выходах проверяемой цифровой схемы формируются её реакции, имеющие ту же длину. Естественно возникают проблемы их запоминания и хранения. Простейшим решением, позволяющим значительно сократить объём хранимой информации об эталонных выходных реакциях, является получение интегральных оценок, имеющих меньшую размерность. Для этого используются алгоритмы сжатия информации.
Для того чтобы применять метод компактного сжатия тестирования, необходимо рационально выбирать алгоритм формирования тестовых последовательностей и метод сжатия информации.[2]
Для диагностики любой комбинационной схемы особый интерес представляет сигнатурный анализатор, в частности многоканальный сигнатурный анализатор, в основе построения которого лежит алгоритм сжатия информации - сигнатурный анализ.
Анализ методов оценки эффективности компактного тестирования.
Построение сложных цифровых устройств требует повышенного внимания к компактным методам тестирования для каждого конкретного применения. Поэтому возникает необходимость в оценке эффективности того или иного метода компактного тестирования. В настоящее время в литературе рассматриваются способы сравнения методов компактного тестирования.
Было предложено разработать моделирующий алгоритм, позволяющий строить многоканальные сигнатурные анализаторы.
Для этого необходимо было решить следующие задачи:
Логическое моделирование цифровых схем.
Разработка моделирующего алгоритма построения ГПСЧ.
Разработка моделирующего алгоритма построения многоканального сигнатурного анализатора.
Оценка эффективности работы многоканального сигнатурного анализатора.
Разработка алгоритма поиска неисправностей
Глава 1. Существующие методы логического моделирования и диагностики с использованием компактных оценок.
Моделирование логических схем на ЭВМ.
Моделирование сложных логических схем на большом числе входных наборов эффективно можно осуществлять только при помощи ЭВМ. Для того чтобы смоделировать работу устройства на ЭВМ, необходимо описать математическую модель этого устройства в памяти ЭВМ [3].
Логическая схема N считается структурно описанной, если указаны следующие её характеристики: внешние входы схемы - множество X = {x}; внешние выходы схемы - множество Z = {z}; элементы схемы - множество D = {d}; внутренние связи между элементами в виде матрицы связей C = {ci,j}, где ci,j
{0,1}; ci,j=1 - если выход элемента di связан со входом элемента dj, для всех элементов d D.Другим способом описания схемы является описание схемы в виде списков: списка входов схемы - описание множества X, списка выходов - описание множества Z и списка логических элементов и связей между ними - описание множества D и матрицы C. Списки, описывающие схему, могут быть прямыми и обратными.
Прямой схемный список - это описание схемы по входам элементов. Для каждого элемента схемы указывается его порядковый номер на схеме, тип и номера элементов, выходы которых являются входами для данного элемента.
Обратный схемный список - это описание схемы по выходам элементов. Для каждого элемента указывается его номер на схеме, тип и номер элементов, со входами которых соединён выход данного элемента.
Прямой и обратный схемный списки представляют собой компактное описание матрицы связей между элементами C = {ci,j}, причём для задания матрицы достаточно одного из них. Прямой схемный список может быть построен на основе обратного списка, и наоборот.
В большинстве случаев для моделирования достаточно иметь прямой схемный список. Обратный схемный список используется для выделения направления распространения сигналов в схеме при моделировании сложного цифрового устройства с большим числом элементов. В этом случае, если, например, изменится какая-то подсхема из общей схемы устройства, то моделированию подвергаются только те подсхемы, которые связаны с данной. При этом значительно сокращается объём моделируемой схемы и объём выводимой для анализа информации, так как моделирование проводится направленно, т.е. по пути распространения сигналов в схеме. Если какой-либо элемент схемы изменяет своё значение на текущем шаге моделирования, то все подсхемы, связанные с выходом этого элемента, моделируются.
Прямой схемный список удобно использовать при диагностике схемы и локализации неисправностей в ней, так как он позволяет выделить все возможные пути распространения ошибочной информации (определить по номеру элемента, на выходе которого обнаружена ошибка, элементы, которые могут быть источниками этой ошибки).
В данной работе был использован прямой схемный список.
Методы анализа.
Методы анализа схем можно разделить на прямые и косвенные. Прямые методы анализа опираются на различные алгебраические или иные формы, отражающие в том или ином виде структуру схемы. Они позволяют непосредственно синтезировать входные последовательности, необходимые для получения заданной реакции схемы. Например, синтезировать входные наборы, обеспечивающие появление на выходе схемы нулевого сигнала.
К косвенным методам анализа относятся различные виды моделирования, позволяющие воспроизводить поведение схемы или отдельных её элементов при подаче на схему набора входных воздействий, например, оценить правильность работы спроектированной схемы. Моделируя работу схемы, содержащей неисправный элемент, на наборах, составляющих контролирующий тест, можно оценить полноту этого теста.
Отметим преимущества и недостатки этих методов. Для прямых методов требуются построения алгебро-структурных описаний схем на основе схемных списков; как правило, эти методы ориентированы на определённый класс схем, например синхронные и асинхронные. Для косвенных методов не требуется построения иных описаний схем, кроме схемного списка, кроме того, они не зависят от класса анализируемых схем. Однако для косвенных методов, по сравнению с прямыми, может потребоваться значительно больше времени для определения нужного входного воздействия. Косвенные методы анализа носят универсальный характер и применяются в том случае, когда прямые методы не разработаны или слишком сложны для какого-либо класса схем. Прямые и косвенные методы анализа дополняют друг друга. Если, например, тест для схемы был составлен “вручную” с использованием прямых методов, то моделирование может быть применено для анализа теста на полноту.