Особливості діагностики та контролю процесорів та систем опрацювання сигналів та зображень

Для контролю і діагностики вузлів опрацювання сигналів застосовуються різні сполучення відомих методів вбудованого і зовнішнього контролю ЕОМ, або методи діагностики складних систем, що базуються на використанні тестових наборів різного типу. Проте, робота в режимі реального часу (РРЧ), застосування високочастотних НВІС, динамічний характер відмов зробили практично нереальним визначення моменту і місця виникнення несправностей в вузлах такого класу, при використанні цих методів.

Розрізняють функціональне діагностування з метою контролю і з метою пошуку несправностей. Загальна структурна схема системи діагностування апаратними засобами з метою контролю функціонування СОС наведена на рис. 11.1, де

- Р_осн(t) – ймовірність безвідмовної роботи основної схеми (СОС);

- Р_k(t) – ймовірність безвідмовної роботи схеми контролю;

- Р_сп(t) – ймовірність безвідмовної роботи схеми порівняння (схеми прийняття рішення);

- Х = {x₁ x₂ x_n} – вектор входу СОС;

- Y = {y₁ y₂ y_n} – вектор виходу СОС.

При організації такого контролю коефіцієнт надлишкового обладнання рівний:

(11.1)

де

- L_о – об’єм обладнання СОС, яка охоплена апаратним контролем;

- L_н – об’єм неконтрольованої частини СОС;

- L=L_о + L_н - об’єм обладнання СОС;

- L_к - об’єм обладнання схеми контролю;

- L_сп - об’єм обладнання схеми порівняння.

Враховуючи, що L_сп << L і L_сп << L_к , значенням L_сп можна знехтувати.

При оцінці затрат враховуються два випадки: схема контролю контролюється повністю; схема контролю не контролюється.

Тестове діагностування передбачає подачу на контролюючий пристрій спеціальних збурень (тестів), які дозволяють по вихідних сигналах пристрою шляхом порівняння отриманих результатів з наперед відомими еталонними виявити заданий клас несправностей. Достовірність функціонування перевіряється за певний проміжок часу

t = t_p + t_t (11.2),

де

- t_p – тривалість основної роботи;

- t_t – тривалість проходження тесту.

Структурна схема тестового діагностування наведена на рис.11.2.

Відомі методи діагностування та контролю (з використанням принципів резервування, дублювання, мажоритування, коректуючих кодів, сигнатурного аналізу) не забезпечують стовідсоткову повноту перевірки схем вбудованого контролю, оскільки кінцеві вихідні каскади тих схем не контролюються. Тому розроблений клас самодіагностуючих (самоперевіряючих) схем в яких довільна несправність з заданого класу при подачі вхідних робочих наборів приводить до появи значень вихідних функцій, які відрізняються від значень вихідних функцій, що видаються справною контролюючою схемою при справній основній схемі. Одним з оптимальніших методів побудови самодіагностуючих схем вбудованого контролю є метод, схема якого наведена на рис. 11.3.

Значення x₁, x₂,…, x_k ; y₁ , y_2,…y_r є вхідними значення схеми вбудованого контролю. При справній роботі основної схеми на її виходах буде N різних вихідних сигналів (для комбінаційних схем N £2^r, для схем з пам’яттю N£2^r*2^q, де q – кількість елементів пам’яті). Проте робочими вхідними наборами схеми вбудованого контролю будуть тільки 2^k + N різних значень з 2^r+q можливих (якщо основна схема є комбінаційною) і 2^r+q+k (якщо основна схема з пам’яттю). Робочі вхідні значення є дозволеними вхідними значеннями для схеми вбудованого контролю, решту є забороненими і характеризують наявність несправностей певного класу в основній схемі.

Аналіз самоперевіряючих схем показує, що для повної перевірки необхідні великі додаткові апаратні затрати.

Є три основні принципи побудови діагностичних систем, які визначають організацію процесу діагностування: принцип централізованого діагностування, принцип розкручування, принцип розподіленого діагностичного ядра.

Діагностичні графи, які ілюструють різні принципи діагностування наведені на рис.11.4 де а) – централізований з послідовною процедурою; б) - централізований з послідовно-паралельною процедурою; в) – принцип розкручення; г) – принцип розподіленого ядра. Буквою і позначено час проведення тестування.

Особливості діагностики

При роботі СОС виникає певна група відмов, які не є характерними для систем і процесорів інших типів. На пошук і виявлення несправностей в таких системах впливають такі фактори:

- накопичення помилок при переході від одного етапу обчислень до іншого;

- складність визначення моменту і місця виникнення несправності (зумовлені, насамперед, високою швидкодією і великим обсягом поступаючої інформації);

- складність спряження реальних потоків даних і виникнення завад в лініях зв’язку (швидкодіючі системи можуть бути несправними і при працюючих складових частинах).

Хоча більшість алгоритмів опрацювання сигналів можна представити у формалізованому вигляді, сьогодні не існує однотипних підходів щодо діагностики і контролю відповідних структур. Здебільшого розглядаються задачі контролю і діагностики тільки окремих груп алгоритмів і їх апаратної реалізації.

Таким чином аналіз задач діагностики, варіантів реалізації алгоритмів особливостей діагности і контролю пристроїв опрацювання сигналів, що ефективним є такі шляхи діагностики і контролю:

1. Використання непрямих методів контролю.

2. Дослідження можливості введення мінімальної кількості резервних елементів.

3. Дослідження можливості перевірки процесорів і систем на виконання задач в РРЧ з використанням мінімального об’єму апаратури контролю.

4 Дослідження можливості використання самодіагностичних властивостей