Diagnostika počítačů DGP_07

1. Diagnostika počítačů DGP_07 Prof. Ing. Karel Vlček, CSc. karel.vlcek@vsb.cz Katedra Informatiky, FEI, VŠB - TUO

2. Testování obvodů LSI a VLSI • Testování integrovaných obvodů je efektivní při použití vestavěných diagnostickýchprostředků • Pokud testování provádí samotný výrobce, je časté použití vnějšího testeru – důvodem je testování speciálních parametrů • Testování v aplikačním zapojení se provádí zejména u pamětí • Speciální testovací postupy jsou používané při testování mikroprocesorů Diagnostika počítačů

3. Testování mikroprocesorů • Testování je obtížné proto, že mikroprocesory mají velmi složitou funkci a strukturu a velmi malý počet vývodů • Testováním mikroprocesorů se zabývají zpravidla jejich výrobci, protože ti mají potřebné informace o jejich architektuře • Výrobci testují velká množství mikroprocesorů a mohou tedy investovat do nákladných testerů a speciálních přípravků pro testování Diagnostika počítačů

4. Výrobní testy mikroprocesorů Testy probíhají ve třech fázích: • Testování čipů, které je prováděno před zapouzdřením, jsou to test statický, test dynamický, test vybraných mezních parametrů • Třídicí testy pouzder – parametrické testování, dynamické testování • Testování spolehlivosti: napěťové namáhání, dynamické zahořování, testování životnosti Diagnostika počítačů

5. Uživatelské testy mikroprocesorů (1) • Uživatel testuje pouze malá množství obvodů – zkoušeče jsou cenově náročné • Při generování testů uživatel obvykle převezme (koupí) část testu výrobce, na který stačí jeho zkoušeč • Proto uživatel provádí zpravidla pouze testování funkce mikroprocesoru, ne testování strukturní, které je mnohem náročnější • Publikované schéma je vždy zjednodušené Diagnostika počítačů

6. Uživatelské testy mikroprocesorů (2) Uživatelský test mikroprocesoru obsahuje: • Reset • Test čítače instrukcí • Test adresace registrů • Přesuny dat mezi registry • Řízení zásobníkové paměti • Funkce ALU (aritmetické – logické jednotky) • Test střádače • Test zbývajících funkcí dekodéru instrukcí Diagnostika počítačů

7. Uživatelské testy mikroprocesorů (3) Uživatelské testy se provádějí jako: • Přejímací testy (za účelem reklamace) • Periodické testy (za účelem profylaktickým) • Náhrada testu aplikační úlohou je nejméně vhodnou metodou testování, protože je testována pouze velmi malá část funkčních jednotek mikroprocesoru • Vhodnější je provádět test dostatečně dlouhou pseudonáhodnou posloupností Diagnostika počítačů

8. Uživatelské testy mikroprocesorů (4) Vzhledem k ceně zkoušečů je možné vnější test provádět náhradním způsobem: • Emulací funkce ze záznamu odezev v paměti • Emulací v reálném čase – při běhu (nákladné testování), je nutné zakoupit emulátor, který je zapouzdřený do speciálního pouzdra • Komparací se záznamem odezev • Plně komparační test podle etalonu (levné testování), nese však s sebou obtíže při získávání a údržbě etalonu Diagnostika počítačů

9. Testování pamětí • Při testování pamětí je nezbytné pracovat s podrobným modelem poruchy, který respektuje technologické vlastnosti vysoké integrace (pronikání náboje tenkou izolací) • Test musí být testem funkčním, alesoučasně • Test paměti musí být testem struktury • Testy jsou málo závislé na typu paměti (RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, …) Diagnostika počítačů

10. Typy testů pamětí – poruchy mimo matici paměťových buněk Jiné jsou testy pro detekci poruchy mimo paměťovou matici, testují: • Poruchy adresových dekodérů • Chybějící adresu • „Zkrat“ adres – adresy se překrývají • Průrazy a svody na vstupech • Hromadění náboje na budičích nebo sběrnicích (dlouhá vybavovací doba) • Setrvačnost čtecích zesilovačů (čtení vzorků) Diagnostika počítačů

11. Typy testů pamětí – poruchy uvnitř matice paměťových buněk (1) Jiné jsou testy pro detekci poruchy uvnitř paměťové matice: • Pasivní poruchy (v ustáleném stavu) • Bez vlivu okolí (model poruch t0, t1, …) • Vliv sousedících buněk – „prosakování“ náboje do sousedních buněk Diagnostika počítačů

12. Typy testů pamětí – poruchy uvnitř matice paměťových buněk (2) • Aktivní poruchy (zjišťuje se tak, že se zapisuje a čte jinou adresou) • Dlouhá doba zotavení po zápisu • Krátká doba obnovení informace (dyn. paměti) • Nestálá porucha (po zásahu buňky částicí alfa) Diagnostika počítačů

13. Vzorky pro testy pamětí RAM • Vzorek typu N – počet kroků je lineárně závislý na počtu bitů • Vzorek typu N2– počet kroků je úměrný druhé mocnině počtu bitů • Vzorek typu N3/2– počet kroků je úměrný součinu N•N1/2 Diagnostika počítačů

14. Vzorek typuN (1) • Nejjednodušší způsob testování paměti je zápis určité hodnoty na všechna paměťová místa a opětovné přečtení této hodnoty • Je to velmi nedokonalý test, pokud by dekodér nefungoval vůbec, mohl by test proběhnout správně, protože všechny hodnoty byly zapisovány na stejné adresy a pak z ní byly opět čteny • Je lépe používat střídající se hodnoty, test se nazývá šachovnice Diagnostika počítačů

15. Vzorek typuN (2) • Jiným testem s počtem kroků úměrným počtu bitů v paměťové matici je zápis hodnoty bitu parity adresy paměťové buňky • Vzorkem testu N je také zápis „diagonála“, který zapisuje jednu odlišnou hodnotu v každém řádku a v každém sloupci • Každý z těchto vzorků as zapisuje v obou binárních hodnotách a následuje čtení celé matice • Délka testů typu N je tedy vždy 4N Diagnostika počítačů

16. Vzorek typuN (3) Postupující jedničky a postupující nuly patří k nejčastějším vzorkům typu N: • Zápis pozadí (0) • Čtení i-té buňky a zápis inverzní hodnoty od i=1 do i=N • Čtení i-té buňky a zápis inverzní hodnoty od i=N do i=1 • Zápis pozadí (1) • Opakování předcházejících dvou kroků – délka testu je 10N Diagnostika počítačů

17. Vzorek typuN2 (1) K nejdůležitějším vzorkům typu N2patří putující jednička (nula) a GALPAT Putující jednička: • Zápis pozadí (0) • Zápis inverzní hodnoty do i-té buňky, čtení i-té buňky a zápis původní hodnoty do i-té buňky (pro i=1 až N) • Zápis pozadí (1) • Opakování druhého kroku • Délka testu je 2(N2 + N) Diagnostika počítačů

18. Vzorek typuN2 (2) Galpat (Galloping Pattern): • Zápis pozadí (0) • Zápis inverzní hodnoty do i-té buňky, čtení i-té, i+1, i, i+2, …, i+N-1, i buňky a zápis původní hodnoty do i-té buňky (pro i=1 až N) • Zápis pozadí (1) • Opakování druhého kroku • Délka testu je 2(2N2 + N) Diagnostika počítačů

19. Vzorek typuN3/2 (1) Vzorky jsou: posouvaná diagonála Délka posloupnosti adresovaných buněk je vždy stejná: N3/2 • Zápis pozadí (0) • Zápis inverzní hodnoty, čtení všech buněk diagonály paměti začínající v i-tém prvku • Zápis pozadí (1) • Opakování zápisu a čtení z 2. kroku • Délka testu je 2(N3/2+2N) Diagnostika počítačů

20. Vzorek typuN3/2 (2) Redukovaný GALPAT • Vychází z testu GALPAT s tím rozdílem se čte pouze sloupec a řádek, ve kterém se buňka nachází • Detekční schopnost je jako u GALPAT • Netestuje se interakce mezi buňkami • Celková délka testu je 2(4N3/2+8N) Diagnostika počítačů

21. Vzorek typuN3/2 (3) Diagonální GALPAT • Čtené buňky jsou rozložené po diagonále • Zápis pozadí (0) • Čtení buněk s adresou i-1a i • Zápis inverzní hodnoty, čtení všech buněk diagonály paměti začínající v i-tém prvku • Zápis pozadí (1) • Opakování zápisu a čtení z 2. kroku • Délka testu je 2(3N3/2+5N) Diagnostika počítačů

22. Parametrické testy (1) • Mezi parametrické testy pamětí patří například test doby obnovení u dynamických pamětí • Test spočívá v zápisu informace do paměti a čtení zapsané informace za dobu, která je zaručována technickými podmínkami • Zapisuje se obvykle celý řádek a čte se po sloupcích • Nejjednodušší realizací podmínek testu je zastavení zdroje synchronizace Diagnostika počítačů

23. Parametrické testy (2) • Výsledkem testu je zpravidla dvojrozměrné pole hodnot tzv. „Shmoo plot“ (viz příklad) Diagnostika počítačů

24. Testování permanentních pamětí • Testování pevných pamětí, přestože se jedná o kombinační obvody, vyžaduje podobné testy, jako paměti pro zápis a čtení • Test obsahuje části, které prověřují dekodéry, čtecí zesilovače a paměťovou matici zvlášť • Aby mohl test podle těchto kriterií proběhnout, musí být u pamětí programovaných u zákazníka zajištěno čtení tzv. přídavných řádků a sloupců, ve kterých je informace, která umožní test výstupních proudů • Přídavný vstup (vstup +9V) aktivuje dekodér Diagnostika počítačů

25. Literatura • Hlavička J.: Diagnostika a spolehlivost, Vydavatelství ČVUT, Praha (1990), ISBN 80-01-01846-6 • Musil, V., Vlček, K.: Diagnostika elektronických obvodů, TEMPUS Equator S_JEP-09468-95, ÚMEL, FEI VUT v Brně (1998) • Hlavička, J., Kottek, E., Zelený, J.: Diagnostika Elektronických číslicových obvodů, Praha SNTL (1982) • Drábek, V.: Spolehlivost a diagnostika, VUT Brno, (1983) • Hławiczka, A.: P1149, Warszawa (1993), ISBN 83-204-1518-7 Diagnostika počítačů