Основные подходы к формированию компетенции в области диагностики схем на базе ПЛИС

Данная работа посвящена вопросам диагностики и контроля примитивных автоматов (комбинационных схем) описываемых в «Теории автоматов» булевыми уравнениями, которые являются теоретическим фундаментом для постановки и решения задач в области информатики. Классическим применением этих положений является разработка моделей аппаратных средств вычислительной техники. Наряду с классическим применением эта теория широко применяется для моделирования и создания важных компонентов программного обеспечения. Известный ученый в области информатики Брайан Рэнделл (Brian Randell), выступая на одной из конференций, сказал: «Я помню Дуга Росса из компании Soft Tech, много лет назад говорившего, что 80 или даже 90% информатики будет в будущем основываться на теории конечных автоматов». Целью исследования является построение диагностических тестов для комбинационных схем с проверкой на константные ошибки. Проблема диагностирования актуальна прежде всего для проверки правильности функционирования больших интегральных схем, так как ошибки проектирования непредсказуемы и могут быть эквивалентны неисправностям высокой кратности. Кроме того, эти методы необходимы и для диагностирования таких схем в ходе их изготовления и в процессе эксплуатации.

Определение технического состояния объекта диагностирования заключается в подаче на него последовательности входных воздействий и последующем анализе степени соответствия полученной последовательности выходных действий алгоритму функционирования, который должен реализовать объект диагностирования. В качестве входных последовательностей могут использоваться либо рабочие последовательности воздействий, т.е. воздействия, поступающих на объект в процессе его функционирования по назначению, либо последовательность специально генерируемых тестовых воздействий. В первом случае имеет место функциональное, а во втором тестовое воздействие. Совокупность средств и объекта диагностирования образуют систему технического диагностирования (СТД). Требования к СТД существенно зависят от того, на каком этапе «жизни проекта» – при проектировании, изготовления или эксплуатации – осуществляется техническое диагностирование. Проверка правильности проектирования сводится к определению соответствия функциональной схемы, выполненного в требуемой элементной базе, исходному заданию на проектирование.

Техническое диагностирование схем, выполняемое на различных этапах их производства, является неотъемлемой частью технологического процесса их изготовления. Поэтому к продолжительности диагностирования, обеспечивающего требуемую достоверность результатов этого процесса, предъявляются жесткие требования. Требования к достоверности результатов, продолжительности, периодичности диагностирования, осуществляемого в ходе эксплуатации, могут изменяться в широких пределах в зависимости от назначения СТД и режима ее применения [1, 2, 3, 5]. В ходе исследований авторами получены способы построения тестовых наборов, обеспечивающих однократный просмотр в одном направлении (без обратного просмотра), позволяющие определять неисправность. При этом такие параметры СТД, как требуемая достоверность результатов технического диагностирования, допустимая периодичность и продолжительность диагностирования, допустимые объемы памяти, предназначенной для хранения диагностической информации, для СТД различного назначения могут изменяться в достаточно широких пределах.

Таким образом, использование способов построения тестовых наборов, дает возможность получить по аналитической записи выходной функции алгоритм формирования всей необходимой информации для проведения диагностических тестов. Авторами сформулированы условия, достаточные для формирования диагностической последовательности для обнаружения константных ошибок в работе комбинационных схем по аналитической записи. Рассмотренные вопросы являются актуальными для обучения в технических вузах и широко использоваться при создании операционных устройств на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) и базовых матричных кристаллах (БМК). 

1. Основы технической диагностики. Модели объектов, методы и алгоритмы диагноза / Под ред. Пархомоменко П.П. М.: Энергоато- миздат, 1976. 464 с.

2. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики. М.: Энергоатомиздат, 1981. 432 с.

3. Автоматное управление асинхронными процессами в ЭВМ и дискретных системах / Под ред. Варшавского В.И. М.: Наука, 1985. 385 с.

4. Чипулис В.П. Методы предварительной обработки и формы задания диагностической информации для поиска неисправности дискретных устройств // А и Т. 1977. № 4. C. 165–175.

5. Теория проектирования вычислительных машин, систем и сетей: Учебное пособие / В.И. Матов, Г.Т. Артамонов, О.М. Брехов и др.; Под ред. Матова В.И. М.: Изд-во МАИ, 1999. 460 с.

6. Пономарев М.Ф., Коноплев Б.Г., Фомичев А.В. Базовые матричные кристаллы: Проектирование специализированных СБИС на их основе. М.: Радио и связь. 1985. 287 с.

7. Тоценко В.Г. Алгоритмы технического диагностирования дискретных устройств. М.: Радио и связь. 1985. 240 с.

8. HuffmanD.A. A method for the construction of minimum redunance codes // Proc. IRE. 1952. Vol. 40. No.10. P. 1098–1101.

9. Селлерс Ф. Методы обнаружения ошибок в работе ЭЦВМ. М.: Мир. 1972. 310 с.

10. Максфилд К. Проектирование на ПЛИС. М.: Издательский дом «Додека – ХХI», 2007. 408 с.

11. Гольдман Р.С., Чипулис В.П. Техническая диагностика цифровых устройств. М.: Энергия. 1976. 224 с.

12. Бутаев М.М., Вашкевич Н.П. и др. Проектирование цифровых устройств на программированных интегральных схемах Пенза.: Изд- во ПГТУ, 1998. 287 с.

13. Миллер Р. Теория переключательных схем. Т. 1 М.: Наука, 1970. 416 с.

14. Аржененко А.Ю., Чугаев Б.Н. Оптимизация транзитивных бинарных вопросников. // А и Т. 1985. № 2. C. 159–164.

15. Блау С.А., Липаев В.В., Позин Б.А. Эффективность тестирования структуры программных модулей // А и Т. 1984. № 4. C. 139–148.

16. Essentials of Electronic Testing for Digital. Memory. and Mixed-Signal VLSI Circuits – Series: Frontiers in Electronic Testing. Vol.

17. Bushnell M. Agrawal, Vishwani 1 издание 2000. 2 исправленное. 2000. 712 с. 17. Writing Testbenches Using SystemVerilog - Springer; 1 издание (10.02.2006), Janick BergeronSynopsys, Inc. 440 с.

18. Schonhage A., Paterson M., Pippinger N. Finding the median // Jour. of Computer and Systems Sciences. 1976. Vol. 13. No. 3. C. 184–199.

19. Альсведе Р., Вегенер И. Задачи поиска. М.: Мир, 1982. 310 с.

20. Попов А.Ю. Проектирование цифровых устройств с использованием ПЛИС Учебное пособие. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 328 с.