Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/JohnFluke/D19870910Elc028.shtml

Универсальный тестер микропроцессорных плат

УДК 681.3:621.317.799

Джордж Сайдерис (George Sideris)
Редакция Electronics

George Sideris. Fluke's board tester can cover all the bases, pp.74—76.

Рассматриваются особенности компактной испытательной установки, предназначенной для лабораторий, производственных участков, а также для эксплуатационного обслуживания и ремонта. Системное программное обеспечение изделия упрощает процесс подготовки процедур функционального тестирования и отладки микропроцессорных плат.

Отдельные модели цифровых тестеров созданы для проектных лабораторий, другие лучше работают в производственных условиях, а третьи используются для поиска неисправностей в эксплуатируемой аппаратуре. Однако установки серии 9100 фирмы Fluke Manufacturing Co. (Эверетт, шт.Вашингтон) для испытания микропроцессорных плат способны решить любую из этих трех задач. Специалисты компании отрабатывают конструкцию компактных тестеров-эмуляторов, которые будут применяться для отладки проектных решений в лабораторных условиях, а также для функционального тестирования и локализации отказов в ходе производства и обслуживания.

Одна из поставленных перед разработчиками серии 9100 задач сводилась к обеспечению простоты эксплуатации изделий. Для этого например, предусмотрена возможность использования входных/выходных модулей тестеров как в режиме функционального тестирования, так и для автоматизированной отладки и поиска неисправностей. Другая цель — создать универсальную систему, способную выполнять различные процедуры тестирования, рассчитанные на инженеров и опытных техников, с одной стороны, и низкоквалифицированных операторов производственных линий — с другой. Более того, специалисты фирмы Fluke упростили сам процесс разработки тестов, поскольку системное программное обеспечение установок позволяет формировать процедуры производственных и эксплуатационных испытаний, исходя из имеющихся программ отладки и другой проектной информации. Кроме того, по словам специалистов компании Fluke, эти системные программы упрощают и ускоряют выполнение других задач по подготовке тестов, так что затраты времени на составление типовой программы поиска неисправностей по сравнению с традиционными методами сокращаются в пять раз. Еще большая экономия времени достигается в тех случаях, когда программы содержат информацию на этапах проектирования.

Идея создания универсальной системы для разработки плат, производственных испытаний и поиска неисправностей возникла после выпуска предыдущего менее мощного компактного тестера-эмулятора 9010, который предназначался только для производственных участков и эксплуатационного обслуживания. Однако руководители компании Fluke установили, что их инженеры пользуются этой установкой и в процессе проектирования микропроцессорных плат. «За несколько лет эксплуатации тестеров типа 9010 мы много узнали о том, что требуется инженеру от компактных испытательных систем», — говорит Хьюго Дрей, руководитель подразделения маркетинга в объединении производственной и исследовательской аппаратуры. Во-первых, разработчики плат ценят универсальные эмулирующие тестеры за то, что их можно использовать как для отладки, так и для верификации проектных решений. Во-вторых, располагая тестером-эмулятором инженер начинает разработку аппаратных средств, не дожидаясь окончания этапа создания программного обеспечения. «Учитывая, что микропроцессорные программы никогда не бывают готовы в срок, мы можем использовать такие тестеры для параллельного проектирования аппаратной части изделия. И хотя для отладки программ требуется еще и логический анализатор, подобные испытательные установки предпочтительнее для большинства операций по настройке аппаратных средств, — говорит он.— Кроме того, на более ранних стадиях выявляются и проблемы недостаточной технологичности изделий. Например, разработчики быстро находят узлы, в которых необходимо предусмотреть дополнительные контрольные точки. Отсутствие последних всегда вызывает конструктивные переделки, особенно в случае многослойных плат». По его мнению, в производственных условиях установки этого типа будут полезными для проверки, поиска неисправностей и ремонта небольших партий плат, забракованных высокопроизводительными тестовыми системами и анализаторами производственных дефектов, а при эксплуатационном обслуживании новые системы найдут применение главным образом для отбраковки и ремонта плат, замененных в ходе оперативного обслуживания.

Создание этой серии тестеров иллюстрирует техническую стратегию фирмы Fluke, которая предполагает переход от традиционных испытательных и измерительных средств к новым компьютеризованным измерительным системам.

Обе установки серии 9100 построены на базе микропроцессора 68010 фирмы Motorola. Старшая модель — цифровая система тестирования 9100А — предназначена для функциональных испытаний и локализации отказов в ручном режиме, а также в автоматических режимах без указаний и с указаниями. Установка поставляется с 55-клавишной клавиатурой и вакуумным люминесцентным индикатором на три строки по 42 знакоместа. Оснастив тестер стандартными дисплеем и клавиатурой, пользователь получает систему проектирования программы (рис.1). Более дешевая модель — цифровое рабочее место тестирования 9105A выполняет все функции системы 9100A, но не может использоваться для программирования. Фирма Fluke поставляет систему проектирования программ с 40-выводным модулем параллельного ввода-вывода в качестве начального комплекта ценой 21 500 долл. Рабочее место тестирования 9105A стоит 9000 долл.

Цифровая установка тестирования 9100A с принадлежностями: клавиатурой и монитором программиста, зондом, тактовым модулем, интерфейсным модулем подключ
Рис.1. Цифровая установка тестирования 9100A с принадлежностями: клавиатурой и монитором программиста, зондом, тактовым модулем, интерфейсным модулем подключения, модулем ввода-вывода и клипсой для корпусов с двухрядным расположением выводов.

При выполнении тестовой процедуры система управляет работой платы на ее тактовой частоте через эмуляторный модуль подключения, который соединяется с гнездом микропроцессора платы. Компания Fluke поставляет модули для подключения к микропроцессорам более чем 50 типов. Система автоматически проверяет ядро платы — микропроцессорную шину, ЗУПВ, ПЗУ, а затем переходит к другим процедурам функционального тестирования и локализации отказов.

Для упрощения тестовых операций специалисты фирмы Fluke в первую очередь предусмотрели возможность использования модулей ввода-вывода системы 9100 как для функционального тестирования, так и для выявления неисправностей. При выполнении функциональных испытаний линии ввода-вывода взаимодействуют с проверяемой платой через соединители или другие контактирующие приспособления. В другом случае они оснащаются клипсами для корпусов с двухрядным расположением выводов (рис.2).

Модули ввода-вывода с клипсами для корпусов типа DIP выполняют функции зондов на частотах тестирования до 10 МГц.
Рис.2. Модули ввода-вывода с клипсами для корпусов типа DIP выполняют функции зондов на частотах тестирования до 10 МГц.

В ходе процедуры локализации отказов DIP-клипсы, суммарное число контактов у которых достигает 160, могут подключаться к различным компонентам платы. Каждая линия ввода-вывода выполняет при этом функции обычного одноточечного зонда — устанавливает в узле высокий или низкий логический уровень, передает в узел входное воздействие или фиксирует выходные реакции на частоте до 10 МГц. В результате оператору приходится использовать 40-МГц зонд тестера только для детального анализа самых высокочастотных сигналов или в тех случаях, когда исследуемые узлы недоступны для DIP-клипс.

На разработку системных программ, объем которых составляет около 200 000 строк на языке Си, было потрачено примерно 25 человеко-лет. Однако с помощью этой системы трудоемкость подготовки программ тестирования и поиска неисправностей сокращается с 20—30 до всего 4—6 человеко-недель — так утверждают представители фирмы Fluke. Системное программное обеспечение отличается тем, что позволяет инженеру по аппаратным средствам писать программы отладки и верификации непосредственно с нуля, корректировать эти программы по мере совершенствования макета и передавать их в записи на гибкий диск специалистам по испытаниям для подготовки программы локализации отказов.

Для программирования разработан новый приспособленный к тестовым процедурам язык высокого уровня и редактор синтаксиса, который немедленно указывает пользователю на ошибки в программе. Системная программа располагает встроенным деревом решений, что гарантирует кратчайший путь к неисправности в ходе процедуры локализации отказа с указаниями. Другие утилиты организуют обычную и перекрестную проверку файлов, что обеспечивает правильность и совместимость программ. По словам старшего инженера-программотехника Дейвида Безолда, эти функции защищают программное обеспечение от ошибок, которые могут доставить пользователю большие неприятности.

Система 9100A и рабочее место тестирования 9105A различаются прежде всего объемом памяти. Установка 9100А комплектуется 2-Мбайт ЗУПВ (одна половина которого отводится системным программам, а другая используется в качестве рабочей памяти), 20-Мбайт накопителем на жестких дисках для записи программных файлов и баз данных и НГМД с 84-мм гибкими микродисками. Рабочее место тестирования 9105A имеет только 1-Мбайт ЗУПВ и накопитель на гибких микродисках.

Оба изделия располагают также двумя интерфейсами RS-232-C со скоростью обмена до 19,6 кбод, один из которых выделяется для связи с проверяемой платой, а другой — для вывода результатов тестирования на печать или передачи их персональному компьютеру типа PC корпорации IBM для учета показателей производственной линии. Обе системы (9100A и 9105) регистрируют результаты испытаний и неисправности, выявленные на тестируемых платах. Типичная конфигурация участка с постами тестирования, поиска неисправностей и ремонта показана на рис.3.

Для учета производственных показателей тестеры серии 9100 регистрируют результаты испытаний и передают соответствующие данные персональному компьютеру
Рис.3. Для учета производственных показателей тестеры серии 9100 регистрируют результаты испытаний и передают соответствующие данные персональному компьютеру через встроенные интерфейсы RS-232-C.

В режиме локализации отказов 40-МГц зонд и модули ввода-вывода контролируют синхронные и асинхронные сигналы и подают входные воздействия в узлы платы. Минимальная длительность импульса, проходящего через зонд, составляет 12,5 нс, другие временные интервалы — не короче 5 нс.

Модули ввода-вывода контролируют импульсы длительностью до 50 нс с разрешением 2 Гц на частоте 10 МГц. Помимо одновременной регистрации сигнатур максимум по 160 линиям модули ввода-вывода позволяют хранить последовательность из 400 тестовых воздействий и передавать их на плату с частотой до 40 кГц.

Клавиатура и дисплей системы работают в режимах локализации отказов без указаний, с указаниями, а также в прямом (ручном) режиме. В последнем случае организуется интерактивное взаимодействие с тестовой программой при ориентации на определенные контрольные точки. Оператор наблюдает выходные реакции на дисплее и вручную управляет процедурой тестирования. Режим без указаний реализуется программно, однако последовательность точек подключения зонда выбирается квалифицированным оператором. Операторы с низкой квалификацией работают главным образом в режиме с указаниями, который предполагает постоянное обращение к графическим изображениям на вакуумном люминесцентном дисплее с поэлементной адресацией. Оператор может, например, руководствоваться схемой, на которой отмечены точки подключения зонда.

Прямой режим предусматривает выполнение внутренних подпрограмм формирования входных воздействий, которые управляются клавишами «цикл», «повторение», «останов», «продолжение». Кроме того, через клавиатуру оператор вызывает программы инициации и диагностики, хранимые в памяти платы.

В прямом режиме инженер-разработчик может формировать библиотеку входных тестовых воздействий/выходных реакций и узловых сигнатур (фиксируемых тестером сигнальных последовательностей). Обычно такие процедуры с незначительными модификациями используются в ходе производственных испытаний и эксплуатационного обслуживания. Хранимые в библиотеке тестовые данные следует корректировать по результатам испытаний заведомо годной платы, говорит Дрей.

Подобно прямому режиму, режим локализации отказов без указаний ориентирован на квалифицированных операторов и разработчиков. От режима с указаниями он отличается значительно более высокой скоростью выполнения тестовых процедур. Если указан схемный узел, система выполняет соответствующую подпрограмму формирования входных воздействий, отображает результаты тестирования и предлагает перейти к исследованию следующего узла. Однако следовать предложенной процедуре необязательно, поскольку опытный оператор может работать по сокращенной схеме испытаний.

Напротив, метод тестирования с указаниями не требует от оператора принятия решений или ввода данных. Необходимо только выполнять инструкции и руководствоваться диаграммами, которые программа выводит на дисплей.

В состав системного программного обеспечения установки 9100A входит интерфейс программиста, интерфейс прикладных средств и рабочая система, к которой «обращаются» оба интерфейса. Для ускорения процесса разработки программ системное программное обеспечение имеет ряд особенностей, с некоторыми из которых инженеры-программисты не знакомы. Безолд утверждает, что многие известные средства, используемые для защиты от ошибок и облегчения труда программистов, тем не менее никогда не применялись при подготовке программ тестирования. Основная идея, отличающая наш подход, сводится к тому, чтобы сосредоточить усилия инженера по испытаниям на подготовке тестовых процедур, а не на программировании.

Среди средств разработки программ можно выделить редактор синтаксиса и отладчик программ в исходных кодах, отыскивающие ошибки в программах. При вводе редактор контролирует входные данные в построчном режиме, указывает на ошибки, а затем выполняет поблочную проверку правильности структуры. Взаимодействуя с программным модулем ввода-вывода, отладчик проверяет исполнимость тестовых процедур.

К новым средствам относится специализированный язык тестирования ТЛ/1 (TL/1). В списке команд этого языка отражены все функции установки 9100, управляющие программные конструкции и разрешенные переменные. Для большинства команд предусмотрен ввод по умолчанию, что уменьшает риск ошибок для невнимательных пользователей. Например, любая переменная является локальной и не может «проникнуть» в другие подпрограммы до тех пор, пока не будет определена как глобальная. Встроенные программы обработки ошибок функционируют до тех пор, пока программист не выключит их. «Мы приняли данный подход, поскольку он соответствует правилу: чем раньше выявлена ошибка, тем проще ее исправить,— говорит Безолд. — Если ошибка проходит по всем программам, найти ее исключительно сложно. Существовали системы, в которых каждая переменная считалась глобальной, если не определялась как локальная». В такой ситуации переменные одного программного файла могли искажать другой файл.

Для разработки программы локализации отказов с указаниями программист обращается к базе данных, которая содержит подпрограммы формирования входных воздействий, выходные реакции заведомо годных изделий, справочный список, устанавливающий соответствие между номерами компонентов платы и их типами, библиотеку элементов с описаниями типов компонентов и данные о межсоединениях. Последние могут представляться таблицей описания схемы, загружаемой из системы автоматизированного проектирования. Пользователь имеет возможность указывать относительную важность узлов,, например, с точки зрения возможного отказа. Описания компонентов — соединенные между собой выводы, направления ввода-вывода и т.д.— корректируются на видеодисплее для каждой конкретной платы. С помощью редактора синтаксиса составляются также описания специализированных компонентов.

Для построения программ локализации отказов с указаниями предусматривается специально разработанный алгоритм поиска с возвратом, функционирующий как дерево решений для определения оптимального пути к источнику отказа от точки, в которой обнаружена неисправность, В этом алгоритме для вызова программ из различных файлов используется аппаратно реализованный метод динамического связывания, подобный применяемому в операционной системе Unix.

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 60, No.10 (768), 1987г - пер. с англ. М.: Мир, 1987, стр.25

Electronics Vol.60 No.10 May 14, 1987 A McGraw-Hill Publication

George Sideris. Fluke's board tester can cover all the bases, pp.74—76.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Испытательное оборудование





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/JohnFluke/D19870910Elc028.shtml