Средства контроля и диагностики микропроцессора

ЛЕКЦИИ 3-4. Тема 3. Контроль та діагностика МП, пам’яті та контролерів ПК. Проектування тестових програм для МП, внутрішніх пам’яті та контролерів ПК.4год.

Средства контроля и диагностики микропроцессора.

Контрольные функции в Pentium - микропроцессорах возлагаются на:

1. биты паритета шины адреса и сигнал ошибки на шине адреса;

2. контрольные биты шины данных и сигналы ошибок шины данных;

3. использование корректирующего кода на шине данных.

 

Методы диагностики МП.

Встроенные средства диагностики МП:

1. BIST (Build in Self Test) – встроенный тест, выполняется » за 2¹⁹ тактов ядра и тестирует » 70% внутренних блоков. Результат в регистре EAX (0 – нет ошибки, не 0 - ошибка);

2. зондовый режим отладки (Probe Mode) – использует тестовый порт TAP (Test Access Port). Подключение – интерфейс JTAG. Внешнее отладочное устройство может связаться со всеми внутренними регистрами МП.

3. семейство Pentium имеет дополнительные наборы регистров:

· группа тестовых регистров для тестирования узлов МП;

· средства мониторинга производительности;

· регистры-фиксаторы адреса и данных цикла при ошибке.

 

Проектирование тестовой диагностики МП.

Существуют два метода:

1. Проверка МП на отказы в доступных программисту регистрах (и, соответственно, всех линий связи выполнения программы);

2. Вычисление производительности МПС на смеси команд.

 

Проверка на отказы.

Основу МП составляют регистры - РОНы со связями и блок управления.

Возможная организация тестовой диагностики:

1. Поочередная запись/чтение констант тестирования (К0, К1, К2) в регистры МП со сравнением – это проверка работы регистров и линий связи непосредственного доступа.

2. Проталкивание по цепочке регистров констант тестирования с проверкой на выходе цепочки методом сравнения. Проверяются регистры и большинство линий связей между ними.

 

Вычисление производительности.

2. Вычисление производительности по смеси команд для определённого набора программ. Может быть организовано по следующим 5 группам команд МП: 1) операции над целыми числами: · пересылки;

Тестирование МП с помощью WinAPI – функций.

Интересующие параметры: IDENTIFIER (тип), MMXIDENTIFIER, VENDORIDENTIFIER (поставщик)  

Виды тестов МПС.

Процессор AMD Phenom II 1100T: размеры кеш-памяти L2 и L3, равные 6*512 Кбайт…  

Тестирование процессора AMD Phenom II 1100T

Оглавление ·Стр. 1 - Характеристики. Внешний вид ·Стр. 2 - Тестирование. Выводы Конфигурация тестового стенда Материнские платы Intel…

Производительность в 3D-приложениях

Здесь ситуация получилась вполне однозначной и не очень радужной для компании AMD. Во всех тестовых играх процессоры Intel занимают лидирующую позицию как в лёгких, так и в тяжёлых для видеокарты графических режимах. Если системы на процессорах Intel достаточно сильно реагируют на переход от лёгких режимов графики к тяжёлым, то есть «бутылочным горлышком» здесь становится видеокарта, то система, основанная на процессорах AMD, практически не замечает этого перехода. Такое поведение может значить лишь одно: процессор ограничивает возможности графического адаптера как в тяжёлых, так и в лёгких режимах. Увеличение частоты ЦП частично исправляет ситуацию, однако в корне её не меняет. Лишь только в тяжёлых режимах игры Crysis производительность упирается именно в возможности видеокарты NVIDIA GeForce GTX 580.

Похожую картину можно увидеть и в тестовых пакетах 3DMark 2011 и Vantage. Если в процессорных тестах после разгона AMD Phenom II 1100T все же умудряется догнать, а в Vantage — даже перегнать процессоры Intel, то за счёт графических тестов видеокарты по итоговому рейтингу лидируют процессоры компании Intel.

Такое отставание процессоров AMD, скорее всего, может быть связано с сильным преимуществом контроллера памяти Intel над аналогичным решением AMD, которое уже не может обеспечивать необходимую современным играм пропускную способность оперативной памяти, а также с общей слабостью архитектуры K10.5.

В заключение стоит сказать несколько слов о температуре и энергопотреблении.

Температурный режим процессора AMD Phenom II 1100T сопоставим с режимом предыдущих моделей компании. Без разгона и со включенной технологией Cool'n'Quiet под кулером Thermalright Silver Arrow обороты вентилятора редко поднимались выше минимальных значений, а радиатор всё время был чуть тёплым, однако стоило отключить Cool'n'Quiet и разогнать процессор до 4077 МГц, как его нагрев существенно возрос. С определением значений температуры ядер процессора возникли некоторые проблемы, поскольку разные утилиты выдавали разные показатели. Даже утилита AMD Overdrive зачастую демонстрировала температуру ниже комнатной, чего в принципе быть не может, при этом радиатор был ощутимо теплее человеческого тела.

Что касается энергопотребления, то тут всё вполне однозначно:

	AMD Phenom II 1100T @3,3 ГГц	AMD Phenom II 1100T @4,08 ГГц	AMD Phenom II 1075T @3,0 ГГц	AMD Phenom II 975 @3,6 ГГц	Core i5-2500K @ 3,3 ГГц	Core i7-870K @ 2,93 ГГц
Idle, W
OCCT CPU Load, W
Far Cry 2 DX10, 1280x1024 no AA/AF, W
Far Cry 2 DX10, 1920x1080 8xAA/ 16xAF, W
Crysis x64 v1.2 CPU Benchmark, 1280x1024, W
Crysis x64 v1.2 GPU Benchmark, 1920x1080, W
7-Zip 9.20 x64, W
WinRAR x64 4.00 Beta4, W
x264 HD Benchmark 3.0, W

Почти во всех режимах системы на процессоре Intel Core i7-870 и всех тестируемых процессорах AMD показывают сопоставимые значения энергопотребления. А явным лидером здесь становится процессор Intel Core i5-2500K, который в паре с набором логики Intel P67 оказывается куда менее прожорливым, по сравненю как с платформой Intel предыдущего поколения, так и с нынешней платформой AMD. При этом разгон AMD Phenom II 1100T ощутимо поднимает энергопотребление системы во всех режимах работы

 

 

Организация диагностики внутренней памяти.

Внутренняя память ПК – это:

1. ДОЗУ (динамическое ОЗУ/DRAM) – память на конденсаторах.

2. Кэш-память на триггерах (6–8 транзисторов/бит) – статическое ОЗУ (SRAM).

3. ПЗУ - ROM BIOS (возможна флэш-память).

4. ППЗУ - CMOS RTС, энергонезависимая память на КМОП-транзисторах.

Организация памяти ДОЗУ.

Банк – это комплект интегральных схем, обеспечивающий требуемую разрядность ШД.

Pentium Pro+:

- ШД 64-х разрядная

- ША 36-ти разрядная

Отсюда адресное пространство – 64 Гбайта

Организация банков.

Pentium+: 72-х контактный SIMM, DIMM (1-2 шт.) контактов до 168. Если несколько банков, то используется чередование (interleaving). Пакетный цикл (486+) – BURST в цикле (5-1-1-1) – 5 тактов на нахождение первого пакета, 1-1-1 – адреса следующих ячеек в строке.

Pentium 4: ДОЗУ типа DirectRAMBUS (название фирмы) от минимум 128 Мб до 2 Гб с помощью сдвоенных каналов.

Контроль памяти.

1. ДОЗУ и кэш:

· контроль паритета шины адреса;

· ЕСС-корректирующие коды – коррекция одиночной и обнаружение двойной ошибки на шине данных, 64 информационных разряда + 8 контрольных – разрядность ЕСС. ЕСС используется и для больших кэш.

2. ROM BIOS (флэш): проверка контрольной суммы по модулю 256 (байтная) на равенство 0.

3. CMOS RTC – это ППЗУ, имеющее перепрограммируемую контрольную сумму. Суммой защищаются регистры от 10h до 2Dh. Сумма 16-ти разрядная, хранится в регистрах 2Eh и 2Fh. Адрес регистра выставляется через порт 70H, а запись/чтение – через порт 71H.

Сигналы памяти.

· RAS# - строб строки;

· CAS# - строб столбца;

· Refresh memory – “освежение памяти” – регенерация (циклическая построчная перезапись с холостыми циклами без CAS#). Диапазон периодов регенерации – 8-64 мс.

Типы и характеристики ДОЗУ.

1. FРM – Fast Page Mode – быстрый страничный обмен (построчный). Время доступа 65 нс, внутри 35 нс. Конвейер 5-3-3-3.

2. EDO – Extended Data Out – имеет регистр-защелку, уменьшается время CAS# до 25 нс. Конвейер 5-2-2-2. Это 72-х контактные SIMM и DIMM.

3. BEDO – Burst EDO – работает по фронту CAS#, 5-1-1-1.

4. SDRAM – Synchronous DRAM – работает на частоте системной шины, 5-1-1-1.

 

Методы ускорения.

1. Режим смежных циклов (BACK-to-BACK), 5-1-1-1-1-1-1-1.

2. КЭШ на кристалле DRAM – SDRAM. 4-х и 16 Мбит – в 16-ти килобайтный КЭШ 128 битной внутренней ШД.

3. EDRAM (Enchased DRAM) – 4 Мбита КЭШ – 8 КБайт, 2048 бит внутренней ШД.

Наиболее распространены интегральные схемы DRAM от 1 до 256 Мбит, от 45 до 250 нс., от 1 до 36 бит выводов на корпусе. Строгой маркировки нет.

 

Причины неисправностей.

· нарушение контактов соседних цепей посторонними предметами;

· сбои (требуют повтора тестирования);

· несоответствие быстродействия элементов памяти частоте системной шины, параметрам настроек setup;

· ошибки внутри интегральных схем модуля.

 

Тестирование.

Средства тестирования бывают:

1. Встроенные (POST);

2. Загружаемые (Эверест, Checkit, Sandra и др.).

 

Основные тесты памяти DRAM.

1. Группа из 4-х тестов, работающих по алгоритму: по ячейкам с нулевым/единичным значением пробегает "1"/"0" влево или вправо с выполнением чтения со сравнением.

2. Шахматка – ячейки загружаются чередующимися кодами (все 0, все 1), затем выполняется чтение со сравнением.

3. Псевдо-random read/write – поочередная запись эталонных констант К0, К1, К2 и считывание со сравнением (при случайных адресах ячеек).

4. Адресный – на фоне нулей/единиц поочередно в каждую ячейку записывается "1"/"0" и читается со сравнением содержимого всех ячеек.

5. Тест регенерации – например, переключение 4-го бита 61h-порта означает выполнение регенерации. Проверять переключения бита из 0 в 1 или обратно.

 

Для более достоверного контроля работоспособности памяти разработано порядка 30 тестов. Каждый тест имеет свои обнаруживающие способности:

· слабые, средние, хорошие – по уровню;

· ошибки в накопителях, дешифраторах, временные параметры – по устройствам.

Кроме того, тесты памяти делятся на группы, пропорциональные проверяемому объёму памяти:

· пропорциональные N, где N – размер тестируемой памяти;

· пропорциональные N²;

· пропорциональные N³;

· пропорциональные N^3/2;

· тесты регенерации.

 

Система позволяет включать и отключать кэш, чтобы получить реальные временные характеристики памяти.

 

Алгоритм теста ДОЗУ.

1. Определить объем памяти (базовая, дополнительная) и её временные характеристики.

2. Определить занятые участки памяти (первый способ: читать 3 адреса Cseg, Dseg, Sseg – сегменты кода, данных, стека; второй способ: с помощью МСВ блоков +).

3. Выбирается участок тестирования с учетом времени теста, занятость памяти, тип памяти.

4. Перезаписать выбранный участок в свободный буфер для хранения.

5. Записать константы тестирования в тестируемый участок.

6. Выполнить побайтное чтение со сравнением тестируемого участка.

7. В случае необходимости повторить для других констант.

8. Восстановить тестируемый участок. Если необходимо, выполнить пункты для других участков.

9. Непрерывно выводить на экран выполнение шагов тестирования (адрес, константа, результат), чтобы не было неизменяющегося экрана.

 

Базовая память тестируется с адресом в виде сегмент:смещение (функции Mem, MemW, MemL).

Дополнительную память можно тестировать:

· в “нереальном” режиме (для тестирования с реальными адресами используется так называемый unreal-режим работы процессора);

· через Windows-функции модуль АPI.

 

Базовые WinАPI функции для работы с памятью.

· FillMemory( ; ; ) – заполняет указанный блок определённым значением; · CopyMemory( ; ; ) – копирует из одного блока памяти в другой указанное… · Move Memory( ; ; ) – переносит блок памяти из одного места в другое.

COM-порты.

UART имеет 10 программируемых однобайтных регистров, которые задают: 1. скорость передачи (от 2-х до 115500 бод); 2. длину передаваемого слова (от 5-ти до 8-ми бит);

Обобщенный алгоритм тестирования.

2. выполняется перебор различных скоростей обмена. 3. устанавливаются различные типы контроля. 4. устанавливаются различные длины слов.

LPT порт.

Адреса регистров: · Базовый порт: 03F8h – LPT1 (системная память 40H:08H); 02F8h – LPT2… · База +1 – регистр состояния.