Лекція №4. Засоби діагностування цифрових і мікропроцесорних пристроїв

 

 

План

 

1.   Апаратні засоби діагностування цифрових МПП і ПК

2.   Програмні засоби діагностування ПК

3.   Засоби діагностування інтерфейсів, портів, адаптерів і периферійного обладнання

 

1.   Апаратні засоби діагностування цифрових МПП і ПК

Сьогодні важко надата перевагу апаратним або програмним засобам діагностування Ц і МПП. Найкращий результат дає їх  комбінація, оскільки програмні засоби діагностування мають відпрацьовуватись за допомогою апаратних засобів.

Класифікація апаратних засобів контролю діагностування

Апаратні засоби діагностування Ц і МПП поділяють на зовнішні і вбудовані. Зовнішні засоби конструктивно від’єднані від ОД, а вбудовані входять до його складу.

До зовнішніх апаратних засобів контролю і діагностики Ц і МПП належать: контрольно-вимірювальні прилади, пульти, стенди; аналізатори і тестери; контрольно-діагностичні комплекси і системи.

Контроль-вимірювальні прилади, пульти і стенди. Їх використовують для ремонтів, сервісного обслуговування, вхідного і вихідного контролю при ручному способі та слабко вираженій автоматизації цих процесів.

Аналізатори і тестери. Застосовують для параметричного, функційного, тестового або комбінованого контролю і діагностування ІС, у тому числі  ВІС і НВІС, а також змонтованих на їх базі вузлів, пристроїв, що розміщують на друкованих платах . за допомогою більшості цих засобів процес контролю автоматизують, а самі вони можуть бути як універсальні, так і спеціалізовані. Керування їхньою роботою здійснює вмонтована в них мікроЕОМ.

Контрольно-діагностичні комплекси і системи. Їх використовують для здійснення всіх чи окремих видів контролю і діагностування ІС різного ступеня інтеграції, змонтованих друкованих плат, цифрових пристроїв і систем. Процес контролю і діагностування за допомогою цих засобів частково або повністю автоматизований. У структурі комплексу чи системи є одна або кілька ЕОМ. 

Види контролю і діагностування.

Критерії класифікації апаратури контролю і діагностування: функційне призначення, види контролю і діагностування, ступінь автоматизації процесу контролю і діагностування, етапи контролю і діагностування, конструктивне виконання засобів контролю і діагностування.

Функційне  призначення. Характеризує засоби контролю і діагностування за спеціалізацією. Засоби контролю та діагностування обчислювальних пристроїв і систем за функційним  призначенням можна поділити на апаратуру для контролю і діагностування інтегральних схем малого і середнього ступенів інтеграції, друкованих плат та мікропроцесорів, мікропроцесорних пристроїв, комп’ютерних систем.

Види контролю і діагностування. За цим критерієм засоби поділяють на апаратуру параметричного, функційного, тестового контролю і діагностування.

Ступінь автоматизації процесу контролю і діагностування. визначає продуктивність і технічні можливості засобів. Ступінь автоматизації має градацію.

Апаратура з ручним керуванням. Їх використовують як контрольно-вимірювальні прилади та прості стенди на різних етапах життєвого циклу обчислювальних пристроїв. Це зумовлено простотою користування і порівняно низькими вартісними витратами. Але вона мало продуктивна.

Автоматизовані засоби (системи) контролю і діагностування. вони мають значно більша продуктивність. Використовуючи такі системи вручну, можна проводити контактування ОД із системою, початкове завантаження системи і деякі інші операції. Контролю або діагностування проводять у діалоговому режимі.

Засоби автоматичного контролю і діагностування. Вони найефективніші. Увесь процес контролю чи діагностування проходить автоматично після задання початкових умов.

Етапи контролю і діагностування. тісно пов’язані з етапами життєвого циклу обчислювальних пристроїв і систем, зокрема етапами проектування, виробництва і експлуатації.

Етап проектування. За допомогою лабораторних досліджень перевіряють правильність синтезованих цифрових структур, а також налагодження і коригування технологічного процесу виготовлення пристроїв.

Етап виробництва. Його починають з відбракування непридатних комірок кристала. До складу такої апаратури входить зондова установка для перевірки фрагментів структури кристала. За допомогою апаратури вхідного контролю проводять відбір ІС різних ступенів інтеграції за критеріями надійності, електричної і функційної сталості параметрів.

Етап експлуатації. Під час діагностування, сервісного обслуговування і ремонтів обчислювальних пристроїв і систем за допомогою апаратних засобів проводять контроль ІС, змонтованих друкованих плат і вузлів, а також пристроїв у цілому з метою пошуку дефективних компонентів і заміни їх справними. Також при цьому широко використовують програмні засоби.

Конструктивне використання засобів контролю і  діагностування. Залежить воно від експлуатаційного призначення засобів.

Прилади з ручним керуванням. Інколи для пошуку дефектних компонентів обчислювальних пристроїв достатньо простих  приладів з ручним керуванням. Найчастіше під час ручного пошуку несправностей використовують логічний пробник, логічний пульсатор, струмів зонд.

Логічний пробник. Призначений для реєстрації логічних станів та імпульсів у логічних схемах. Він потребує інтерпретації напруг. При підключенні до схеми світло діоди цього приладу показують наявність Н-рівня, L-рівня або імпульсів. Деякі логічні пробники можуть працювати як з ТТЛ-, так і з МОН-схемами і виявляти імпульси різних типів. Щоб почати роботу з приладом, його підключають до відповідного джерела живлення. У процесі реєстрації логічних рівнів чи імпульсів видаються відповідні звукові сигнали.

Логічний пульсатор. Генерує прямокутні сигнали. Натиском кнопки на корпусі приладу в контролю точку схеми подають один цикл прямокутного сигналу(H- чи L-рівень). Він може змінити один рівень контрольної точки на інший. Головна складність цього способу в тому, що треба досконально знати схему, яку діагностують.

Струмовий зонд. Прилад належить до безконтактних методів вимірювання імпульсних струмів. Чутливий елемент зонда – трансформаторний перетворювач. Прилад дає змогу простежити шлях струму від генератора імпульсів до дефектного елемента. Сприймаюча катушка струмового зонду завдяки електромагнітній індукції виявляє змінний струм імпульсного сигналу, коли він переключається з одного рівня в інший, однак зовсім  не реагує на постійний струм.

Автоматизовані засоби контролю і діагностування. Вони забезпечують якісно новий рівень контролю і діагностування обчислювальних пристроїв. Серед них найчастіше використовують логічний і сигнатурний аналізатори.

Логічний аналізатор. За його допомогою проводять логічний аналіз стану ОД(ОК) у часових проміжках. Він автоматизує етапи реєстрації та відображення інформації про реальні процеси в ОД. Цей прилад скорочує час налагодження МПП у 10-20 разів. Його застосовують на різних етапах життєвого циклу пристроїв, у тому числі на етапах проектування, виробництва і експлуатації. Він може реєструвати послідовності логічних сигналів одночасно і синхронно в багатьох контрольних точках протягом тривалих інтервалів часу в однократному і періодичних режимах. Також реєструє послідовності станів у зв’язку з однократними подіями, стани в контрольних точках в інтервалі часу, що перемежовується з обраним або до, або після обраного, асинхронні події. Крім того оперативно відображає зареєстровану інформацію в різних режимах і форматах. Режими відображення діагностичної інформації в часі не залежать від режимів реєстрації. Індикація зареєстрованої інформації може тривати як завгодно довго. Робочі операції, що виконує користувач логічного аналізатора під час контролю чи діагностування, переважно автоматизовані. Суть операцій в тому, щоб відображати відповідні реакції, перетворювати, вимірювати, порівнювати, шукати і приймати рішення.

Під час діагностування МПП прилади підключають насамперед до шин адреси, даних, керування. Для виявлення місця прояву несправності підбирають контрольні точки синхронізації та запуску. Логічний аналізатор складається з декількох елементів.

Запам’ятовуючий пристрій (ЗП). Призначений для приймання і зберігання діагностичної інформації з ОД. Його ємність залежить від кількості вхідних каналів аналізатора.

Пристрій перетворення діагностичної інформації (ППІ). Побудований на базі мікропроцесорного контролера (мікроЕОМ) або в більш ранніх розробках у вигляді автомата з жорсткою логікою.

Пристрій введення (ПВив).Це — дисплей для відображення діагностичної інформації після її оброблення пристроєм керування.

Пульт керування (ПК). Призначений для задання оператори режимів роботи аналізатора.

Пристрій аналізатора інформації (ПАІ). Генерує сигнали керування логічного аналізатора при збіганні кодів на виході пристрою введення з кодами, що встановлює оператор.

Основними характеристиками логічних аналізаторів є кількість вхідних каналів, глибина ЗП (біт/канал) та максимальна частота реєстрації сигналів діагностичної інформації.

За функційним призначенням логічні аналізатори поділяють на: 1) аналізатори логічних часових послідовностей (АЛЧП), що використовують синхронну реєстрацію сигналів; 2) аналізатори логічних станів (АЛС) із синхронною реєстрацією.

Сигнатурний аналізатор. Принцип його роботи багато в чому збігається з методами контролю за допомогою логічного аналізатора. Це, зокрема, вибір контрольних точок ОД, складання тестових впливів, аналіз відповідних реакцій та ін. Проте він має і певні відмінності. Сигнатурний аналізатор використовують тоді, коли істотно зростає довжина тестових послідовностей, особливо для пристроїв з компонентами підвищеного ступеня інтеграції. Це вимагає враховувати надійність обладнання для генерації тестів. Тому щоб знизити надлишковість цієї апаратури, використовують компактну форму представлення послідовностей для її аналізу після проходження через пристрій, що контролюють чи діагностують.

Стискання відповідних реакцій реалізують на регістрах зсуву зі зворотними зв’язками. Принцип роботи сигнатурного аналізатора полягає в тому, що відповідні реакції з ОД перекодовуються в ньому на короткі коди (сигнатури). Їх порівнюють з еталонами, які отримують або шляхом розрахунків. Або з тими, що знімають із заздалегідь справного ОД. Подавання тестів здійснюють зі спеціального генератора або програмними методами. Необхідно дотримуватись. Щоб інтервал часу подавання на ОД сигналів тестових впливів дорівнював часу аналізу.

 

2.   Програмні засоби діагностування ПК

Класифікація діагностичних програм:

1) POST (Power-On Self Test – само тестування комп’ютера при вмиканні живлення). Програма виконується під час кожного вмикання     комп’ютера.

2) Діагностичні програми фірм-виробників. „IBM”, „ Compag”, „ Hewlett-Pachard”, „ Dell”, „ Genrad” та інші випускають для своїх систем спеціалізоване діагностичне програмне забезпечення, яке складається з наборів тестів для контролю працездатності компонентів комп’ютера.

3) Діагностичні програми обладнання комп’ютерів і комп’ютерних систем фірм-виробників. Такі фірми розробляють діагностичні програми для контролю і діагностування певного пристрою.

4) Діагностичні програми операційних систем (ОС). Операційні системи Windows 9x і Windows NT розробляють з кількома діагностичними програмами для перевірки різних компонентів комп’ютера.

5) Діагностичні програми загального призначення. Забезпечують належне тестування будь-яких IBM- сумісних комп’ютерів.

Суть і особливості діагностичних програм.

Самоперевірка при вмиканні комп’ютера (POST). Ця процедура є послідовністю підпрограм, яка зберігається на материнській платі в ROM BIOS. Вони призначені для діагностування основних компонентів системи відразу після її включення. Під час цієї процедури завантаження операційної системи затримується.

При включенні комп’ютера автоматично тестується Центральний процесор, ПЗП (програмований запам’ятовуючий пристрій), допоміжні елементи материнської плати, оперативної пам’яті і периферійних пристроїв. Ці тести виконуються дуже швидко і не так високоякісно, як діагностичні програми виробників. Виявивши несправність компонента, видається попередження або повідомлення про помилку чи несправність.

Особливості процедури програми POST.

Процедура POST передбачає такі способи ідентифікації несправностей, як звукові сигнали; повідомлення, що виводяться на екран монітора; шістнадцяткові коди помилок, які подаються в порт введення-виведення.

За серйозної несправності завантаження системи зупиняється і з’являється повідомлення про несправність, за яким визначають її причину. Такі несправності називають фатальними помилками. -Звукові коди помилок, що видає процедура POST.

Якщо процедура POST виявляє несправності, то комп’ютер подає характерні звукові сигнали, за якими визначають несправний пристрій або компонент (під час вмикання справного комп’ютера чути один короткий звуковий сигнал). Видається серія довгих чи коротких звукових сигналів або їх комбінація. Це залежить від фірми-розробника BIOS та її версії. Звукові коди несправностей ІВМ- сумісних комп’ютерів наведені в таблицях  1 – 4.

 

Таблиця 1 – IBM POST

Звуковий сигнал

Місце виконання несправності

1

1 короткий

Система справна. Процедура POST завершена

2

2 коротких

Є несправність, код помилки виведений на екран

3

Немає сигналу

Несправний блок живлення або системна плата

4

Неперервний сигнал

5

Короткі сигнали, що повторюються

6

1 довгий, 1 коротких

Системна плата

7

1 довгий, 2 коротких

Адаптер дисплея ( MDA, CGA)

8

1 довгий, 3 коротких

Розширений графічний адаптер (EGA)

9

3 довгих

Плата клавіатури 3270

 


Таблиця 2 – Звукові сигнали процедури POST AMI BIOS

Звуковий сигнал

Фатальна помилка

1

1 короткий

Помилка регенерації динамічного ОЗП

2

2 коротких

Помилка схеми контролю парності

3

3 коротких

Несправність у перших 64 Кбайт ОЗП

4

4 коротких

Несправність системного таймера

5

5 коротких

Помилка процесора

6

6 коротких

Помилка у схемі керування лінією А20 у контролері клавіатури

7

7 коротких

Помилка переключення у віртуальний режим

8

8 коротких

Помилка зчитування-запису відеопам’яті

9

9 коротких

Помилка контрольної суми ROM BIOS

10

10 коротких

Помилка зчитування-запису CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor – комплементарна структура метал-оксид-напівпровідник (КМОН))-пам’яті

11

11 коротких

Помилка кеш-пам’яті

12

Звуковий сигнал

Не фатальна помилка 

13

1 довгий,
3 коротких

Помилка в основній або розширеній пам’яті

14

1 довгий,
8 коротких

Не виконується тест на відповідний сигнал дисплея

 

Таблиця 3 – Критичні помилки, які визначають під час виконання процедури POST Phoenix BIOS

Звуковий код

Код порту 80h

Пояснення

1

Немає

Olh

Виконується тестування регістрів CPU (Central Processor Unit – центральний процесор)

2

1 – 1 – 3

O2h

Помилка зчитування або запису в CMOS-пам’ять

3

1 – 1 – 4

O3h

Неправильна контрольна сума системної BIOS

4

1 – 2 – 1

O4h

Несправність програмованого таймера інтервалів

 

Таблиця 4 – Некритичні помилки, які визначають під час виконання процедури POST Phoenix BIOS

Звуковий код

Код порту 80h

Пояснення

1

2

3

4

1

4 – 2 – 1

34h

Перевіряється переривання синхроімпульсів таймера або виявлена несправність

2

4 – 2 – 2

35h

Перевіряється відключення або виявлена несправність

3

4 – 2 – 3

36h

Несправність схеми керування лінією А20

1

2

3

4

4

4 – 2 – 4

37h

Непередбачене переривання в захищеному режимі

5

4 – 3 – 1

38h

Виконується перевірка ОЗП або виявлена несправність за адресою, що перевищує FFFFh

6

4 – 3 – 3

3Ah

Перевіряється канал 2 таймера або виявлена несправність

7

4 – 3 – 4

3Bh

Перевіряються години поточного часу або виявлена несправність

8

4 – 4 – 1

3Ch

Перевіряються послідовні порти або виявлена несправність

9

4 – 4 – 2

3Dh

Перевіряються паралельні порти або виявлена несправність

10

4 – 4 – 3

3Eh

Перевіряється співпроцесор або виявлена несправність

11

Low*1 – 1 – 2

41h

Помилка вибору системної плати

12

Low*1 – 1 – 2

42h

Несправність розширеної CMOS-пам’яті

 

За появи критичних помилок система зупиняє роботу і подальше виконання операцій стає неможливим. Наслідки некритичних помилок менш серйозні.

- Повідомлення про помилки, що видає на екран процедура POST. Процедура POST у комп’ютерах  XT, PS/2 і ІВМ- сумісних комп’ютерах відображає на екрані хід тестування оперативної пам’яті. Останнє виведене число вказує на кількість пам’яті, що успішно пройшла перевірку. Наприклад, у сучасних комп’ютерах з’являється повідомлення: 32768 КВ ОК. У справному комп’ютері це число повинно збігатися з кількістю встановленої в ньому пам’яті.

      Якщо під час тестування процедура POST виявила несправність, то на екран дисплея виводиться відповідне повідомлення, наприклад 1790-Disk 0 Error. Далі, скориставшись керівництвом з експлуатації, з’ясовують, яка несправність відповідає цьому кодові.

       Коди помилок, що видає процедура POST у порти введення-виведення. На початку виконання кожного тесту за адресою спеціального порту введення-виведення POST видає коди, що прочитуються тільки за допомогою спеціальної плати адаптера, яку встановлюють у роз’єм розширення. Раніше (90-ті роки) такі плати розробляли для тестування материнських плат. Тепер окремі фірми випускають їх для сервісного обслуговування.

        Під час виконання процедури POST на вбудованому індикаторі POST-плати, встановленої в роз’єм розширення, швидко змінюються двозначні шістнадцяткові числа. Якщо числа не змінюються, то на індикаторі відображається код тесту, під час якого відбувся збій. Це дещо локалізує місце прояву несправності.

 

3.   Засоби діагностування інтерфейсів, портів, адаптерів і периферійного обладнання

Загальна характеристика інтерфейсів введення-виведення.

        У сучасних комп’ютерах як засоби комунікації використовують послідовні і паралельні порти. Це – інтерфейси введення-виведення.

      Послідовні порти. До них підключають двонапрямлені пристрої, що передають інформацію в комп’ютер і приймають її з нього. Серед них – модеми, миша, сканери та інше.

     Паралельні порти. Їх використовують для підключення принтерів, які працюють в однонапрямленому режимі, мережних адаптерів, дисководів для жорстких та гнучких дисків та CD-ROM.

     Послідовні та паралельні порти тестують програмним і апаратно-програмним способом. Програмне тестування проводять за допомогою спеціальних програм, апаратно-програмне – за допомогою роз’ємів-заглушок, що підключають до портів.  

Тестування послідовних портів. Цю процедуру здійснюють за допомогою MICKROSOFT DIAGNOSTICS (MSD) і тесту із замиканням петлі. Крім того, проконтролювати роботу послідовних портів можна у Windows 95/98.

  MICKROSOFT DIAGNOSTICS. Ця діагностична програма належить до програмних засобів тестування і входить до складу MS DOS 6.x, Microsoft Windows і Windows 9x. На компакт-диску  з Windows 95 вона міститься в каталозі \ other\ msd, а на ком пакт-диску Windows 98 – у каталозі \ tools\ oldmsdos. При інсталяції операційної системи програма автоматично не встановлюється. Її треба запустити безпосередньо з компакт-диску або скопіювати з нього заздалегідь на жорсткий диск.

       Щоб запустити MSD, переходять у каталог ( він може вказуватись у змінній PATH), в якому розташований файл MSD.EXE. В командному рядку DOS вводять MSD і натискають ENTER. На екрані з’являється меню. Для послідовних портів обирають опцію COM PORTS. У цьому випадку з’являється інформація про мікросхему UART, що встановлена в послідовному порту комп’ютера, та про доступні порти. Якщо один з портів не реагує на тест, то він не потрапляє у звіт програми. Також MSD видає інформацію щодо портів, які в цей момент використовують. Багато програм типу MSD працюють краще в середовищі DOS, тому їх рекомендують запускати повторно в цьому самому режимі.

       Windows 95/98. У цій операційній системі також відображається інформація про те, чи працюють порти. Щоб перевірити і проконтролювати їх роботу, треба клацнути правою кнопкою миші на піктограмі „ Мій комп’ютер ” („My Computer”) і в меню, що з’явилося, обрати пункт „Властивості” („Properties”). Далі у діалоговому вікні обирають вкладку „Пристрої” („Device Manager”). На екрані відобразиться список підключених до комп’ютера пристроїв. Якщо пристрій функціює неправильно, то поряд з назвою з’явиться знак оклику в жовтому колі. Далі розкривають список портів і двічі клацають на потрібному. Windows 95/98 вкаже, чи працює цей порт або назве пристрій, з яким він конфліктує.

Засоби діагностування периферійних пристроїв ПК

        Під периферійними пристроями часто розуміють сукупність периферійної апаратури (пристрої введення і виведення інформації – клавіатура, монітор, принтер) та їх блоків керування, оскільки в деяких випадках вони є одним цілим з логічної і конструктивної точки зору. Блок керування периферійним апаратом виконує функцію перетворення інформації і керування конкретними його механізмами. Сукупність уніфікованих технічних і програмних засобів та правил спрягання процесорного блока з периферійною апаратурою називають інтерфейсом введення – виведення.