автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Процессоры генерации алгоритмических тестов

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ ШОВДИЙ ^

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ В.И. ШШШЛ(ЛЕ$>Ж) / [

На правах рукописи

АЛ-ОБАВДИ АЛЛА ХЛС/Ш

процессоры генерации адгоритшческих тестов

Специальность: 05.13.13 - Вычислительные наштош,

комплексы, системы и сети

АВТОРЕФЕ Р Д Т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград - 1990

Работа выполнена в Дешшурадоком ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехническом институте им. В.И.Ульянова (Ленина). .

Научный руководитель -доктор технических наук профессор Барашенков В.В.

Официальные оппоненты: доктор техниче&шх наук профессор Йсыаилов Ш.Ю. . кавдвдат технически наук Ншдаценков С.А.

Защита состоится и/. " /"Л.7;^ О/^ 1590 г. в ¿у час, на заоедаша спецдалкзареванного совета К 063.36.12 Ленинградского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции алектротехш ческого знотитута таена В.Й.Улыгяова (Ленина) по адресу: . 197022, Ленинград, ул. Проф. Попова, 5. " ■•;

С диссертацией мокяо ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан О'гУ-/1-^ 1990 -г .■ •

Ученый.секретарь специализированного совета

Ашсвшв А.В,

ОВШ ХЛРШШЮТЖА. РАБОТЫ .' •

Актуальность проблем. В связи с возросшей степенью интег-адал элементов пяйровоГ: аппаратуры и повышэяяем сложности конот-уктивно-логпческях узлов, собранных на одной печатной плате, за-1ача автоматизации контроля и диагностики таких узлов приобретает юрвостепенное.значение. '

Системы автоматизированного контроля шаровых узлов прошла .. иительную эволюцию развития и в настоящее время монно отметить •ри поколения установок:

-1 поколение - ручные пульты, позвояявдив подавать на входы доверяемого объекта необходимые сигналы и высвечивать на световых эдикаторах результата прозерки объекта; .

- П поколение - автоматизированные беспроцессорнне онотеш, ■еотовая и управляющая янфоргвдая в которые вводится с парфоноои-■еля, а результаты контроля выводятся на печать илй на световые идокаторщ •

- Ш поколение - спсгемы с управлявшая 38М, которые зшолня-п функции по вводу, опиоанйя тестов, тшАлядат или интерпретации ■ест-программы, отладке й редактированию тестовой, информации, 'суцествленшо процедур контроля, ооздашпо библиотек.тестов,.

'. Построенные на базе ЭВ?.1 системы контроля и диагностирования ¡редстаэлязот собой слоэаше дорогостоящае громоздкие объв кты. До 985'г. ни одного практического способа для тестирования опецпфи-[ескгос цифровых Щ црп .ингакерных лабораториях 'не было. Тесторы, редполагаемые для. тестирования: цифровых схем были слишком доро- • ;ие (более 100.000 йм.долларов) и снабкали только одна ила два анала. В последнее время сйрьезну» конкуренцию подобным систем остатшгог серийные приборы-со встроешшш микроЭБМ . для широкого спать зовання в 'лабораторных исследованиях, выполнявдае те же ункщш,. йо 'более дешевые-и костактнне. К таким прибора.! относят-я генераторы кодовых последовательностей, логические аналлзато-ы, Генераторы псевдослучайннх последовательностей я т.д.'

В связи с расширением, сферы применения приборов тестового .иагностирования актуальном является решение вопросов, - связанных разработкой лингв'истпЧесщс:-и аппаратурных средств, направлен-

гш. ш повышение . эксплуатационных характеристик.

Актуальность работы подтверждается соответствием меквузовс-кой комплексной njporpai.tt.is "¡.Микропроцессора и г.такрозВМ " .на 19861930 гг. (приказ Ш я ССО СССР й 455 от 18.06,86 г.), программе "Контакт" (приказ ШСС л ЫВ и ССО РСФСР & 246/69 от 14.06.86 г.) а тагаш'решениями Всесоюзных совещаний по технической диагностик где отечет необходимость решения проблемы создания приборов, обеспвчивакищ эффективность диагностирования цифровых плат эле« тронно—вычислительноК аппаратуры.

Паль». диорес^агоюнноК ачбот^г является исследование и разработка процессоров генерации тестов и повышение эксплуатационно адфективности приборов за счет использования языка описания теса и его аппаратной реализация.

Для достиненхш поставленной «ела в работе решатся сладу кц: задача;

- разработка языков описания тестов;

- разработка структур процессоров генерация тестов;

- оценка эффективности предлохенных решений.

Йетрдн исследованийбазируются на теория схем алгоритмов и программ, теории форладышх яэнков. '

Научная новизна работы. Показана целесообразность иопольз< вания внешнего языка компактного задания исходных тестов в гене' раторах кодовых последовательностей п' внутреннего языка, позвол. щего .'снять ограничения га дляад выходной последовательности ц обеспечить внооеда частоту генерации.

ЦрсЦкуич[ео]кая тюнпостъ результатов заключается в следующем:

- предложено и обосновано внутреннее представление тест-. програшн в виде дескрипторов и разработана-их структура;

. - разработаны структуры процессоров и алгоритмы их функцио нарования, реализующие языка описания тестов и позволявшие гене рпровать теста произвольной длены в мегагерцевом диапазоне;

- разработана программная скогеш для. генератора кодовых . последовательностей Г5-80; реализующая сриборно-ориеитлрованный язык.

Внедредир результатов габоун. Результаты диссертационной работы использованы в двух хоздоговорных над чно-исследователь-с'кшс работах, выполненных на кафедре вычислительной .техники

ЛЭТИ км, В.И.7льянова (Ленина), связанных с разработкой, приборов с эстрооннк-лй микропроцессорами а мпкроЗБМ . •'.•*.

Апообашя работы. Осшвше-полокения диссертационной работы докладывалисьи обобщались-на следующих конференциях и оегегнарах:

- Республиканской конференции "Проблеш диагностирования макропроцессорных систем", г.Ужгород, 1567;

- Республиканской конференции "Автоматизация кок.'роля вычислят о лыщх устройств и систем"', г.Вшшида, 19Й г.;

- Научно-технических конференциях профэссорско-преподаватель-»-ского состава'ЛЗШ им.В.И.Ульянова (Лешша) Ленинград, П87, 1988 и 1989 гг.

ПхйЗШШШЯ- По материалам диссертации опубликовано 2 печатные работы.

■ Объем и структура работы. Реферируемая работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литература. Работа содер-яят 126 страниц основного текста, 22 иллюстрации,. 12 таблиц, спи-' сок литературы 'из 58 наименований.

• СОДЕРЖАНИЕ. РАБОТУ

Во. введения обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована Цель к рассмотрены задачи научного-чксследования. Приведены основные научные положения, которые .выносятся на защиту. ' • ' ' .

В порпоН глава выполнен анализ задач тестового диагностирования* технических средств, применяемых для ддагностировання . ' цифровых. устройств я даётся рйэвернутаз постановка задачи' исследования.. .

наллз литературы показывает, что объекта!,и диагностирования-сегодня становятся устройства, содерлэдне согни тысяч компонент, причем от достоверности результатов системы диагностирования иряет зависеть существование не только объекта диагностирования, но и окру/аэдей его средн..Поэтому создателю сисгеш. тестового диагнос-. тироваяля необходимо иметь макск?,а.шга точное представление о том, чого именно и како'; ценой шяко достичь прп создании аппаратных и прогпа:лмных средств диагностирования.

- 4 - .

Слонноогь современных микропроцессорных устройств, множество всевозмогньх неисправностей CHIC существенно затрудняют их контроль и диагностику. Значительная часть неисправностей микропроцессорных СЩС проявляется лишь на высоких (рабочих) частотах. Кроме функциональных неисправностей механизмов обработки, управления, хранения,'для макропроцессоров характерны так называемые нелюбимые коды, т.е. неисправности типа чувствительность к определенным последовательностям команд. Рассматриваемые последовательности шдаед нарушаются лишь на высоких частотах, в то время как на низких частотах неисправности себя не проявляют. 4'~.

До сравнительно недавнего времени практически отсутствовали средства для тестирования специализированных цифровых®.

В настоящее ке' время из-за взрыта в производстве цифровых полузаказных кристаллов широкое применение нашли программируемые цифровые ьшогоканашша генераторы кодовых последовательностей.

В табл. I приведены технические характеристики генераторов кодовых последовательностей, нашедших наиболее широкое применение.

Результаты анализа позволяют сделать.вывод о том, что в сущбс твующих в настоящее вреда генераторах используются следущие формы задания- исходных тестов;

- в виде двоичных, восьмиричных и шестнадцатиричных кодов; • , - в виде временной диаграмма; • .

- ъ виде программы, писанной-на языке прогр^тшрования.-'

В первом случае отсутствует наглядность исходного теста, а

процедура ввода ..теста в генератор зашагает много времен! и сопро-воздается большим количеством ошибок. ,

'*' Во втором случае форма представления' теста является самой наглядной, но затрудняется процедура ввода тестов большой размерности.

Пааболшее распространение в настоящее время подучил програи мшй способ, достоинством которого является наглядность исходного теста, сокращенно-объема вводимой информации и уменьшение количесч ва ошибок при вводе. '

Реализация перечисленных преимуществ монет быть достигнута двумя традищояншли путями. Порзкй путь - программная реализация, не требующая введения дополнительного оборудования, так как трансляцию сзыка описания • тестов и заполнение памяти могло возложить .

Таблица I

Фирма ■ Модель Внходкая частота • ' СМГц) Количество каналов Глубина каналов . (бит) Выходкой формат Выходные уровни

DQlCH Logic . . Instruments • S460 20 ' 48 Ш или 4К ЕВН ' ттл,гсл,::,юп

Hewlett -PacKOrd 8180 ■ 50 8-192 IK ВН, ЕВН ттл,эсл,:с.юл

Heiufett- PacKdrd 0175 50 24-48 IX . • ЕВН ТТЛ.ЭСЛ.ИМОП

Hit^^eC-Techno&gy : P G . S7C0 . 50 "15-512 1К.4ХД6К ВЫ, БОН ттл.асл.

IMS • Logic Master I 20 ' 16-432 SIC- BII.K3H ттл

In terfocs lechnotogy R 670 ,■ . ■ 40 16-64 . 4К . ЕЗН ттл,эсл,;с:оп

Step ' . Step 27 50 64-512 2K-64IC ВК.Ш1 Ш.ЕСЛ.КХП

СССР rs-ao, 50 16 2К ВН»БВН 1TjI,LC»L

б -

ва управляющую ЭК.!. В этом случае решается задала упрощения ввода, во сохраняется недостаток, связанный с ограниченность» дляны выходной последовательности; (сы.габл, X). Трансляция языка описания тестов в Еыдаваещю послвдоЕатальшсть сигналов непосредственно на выход генератора резко снияает ^актовую частоту, что часто является недопустимым, Выходом из создавшегося положения является второй цугь Vшшрагкая реадозащш» требушая вклотэщшв структур? ■ прибора блока, интерпретирующего операторы языка описания теста а генаргрущего внходдыэ коды с требуемой частотой. Такой подход обеспечивав-! достигшие следующих целей: упрощение написа-1шя теста, ввода.теста, сокращение объет псшята для хранения теста, сравнительно выооздю частоту выдачи тестовых сигналов я практическп неогракичаящй удубдну У ст.овой последовательности. Выполненный анализ позволяет сделать вывод о целесообразности . исдодьЕовашя в генераторах кодовых последовательностей внутрак- , него языка олясаноя тестов и разработки спецпроцессоров, реализующее этот язык.' ;"

. Во второй дущз предложены языки описания тестов двух уровне! •низкого, называемого в дальнейшем праборно-ориентированяшл и высо-кото уровня, приведены пршеры применения разработанных языков ¿ж рписадия блЬкйц/■./'■■

■ Цель разработки йрнборно-ариенгцровашюго языка состоит в ' сокращении объегд опасения теста, что,.с свой-"очередь, долхко повлечь за собой дополнительные преимущества; сократить объем.вво- • дшлой и^рг®цин, умв)аш2ь: число ошибок при вводе теста, .ловысктз наглядность теста. ' , ■:./"'.-"••■■-. V/

Поставленная задача решается 'следующим образом'. В выходных . тестовых последовательностях ввделякгсся часто. повторяющиеся фрагменты прслёдоват^нортей'вдлей .и .едшйц; .яменуеше .в дальнейшем сегментами* В дачад^ной. части описания приводятоя ццентифякаторы (идет) сегментов Со'своими значениями в саде последовательностей нулей и едшшц произвольной', длины, При описании' выходной йораедог вательности прибора указываются только имена сегментов, употребляемые в порядка их использования, с указанием числа повторений,:.. если сегаент .используется в цикле, Вели в выходной последовательности .»люгократно используется но простой сешевт, а/некоторая . •кймбяясцаа сегментов, то предполагается введение в язык:средств,.

-7 -

позволяющих описать приведенную конструкцию.

: Такта образом, из вышесказанного следует, что основными операторами языка должны быть операторы задания сегментов, опероторц пристиваяоя, в левоц части которых указывается канал генератора, а в правоИ - выражение, состоящее из операций над сегментами. Операции, определенные над оегмеитали, доллян задавать отношение порядка следования сегментов (операция конкатенации), число повторений сегментов или комбинаты сегментов В'выходной последовательности (операция цикла).

Как показал анализ тестов, для большинства цифровых устройств выходные последовательности тестов носят регулярны:*! повторяющейся характер, что позволяет записать тест с помощью предлагаемого языка. -

В диссертации приведены различные тесты диагностирования запоминающих устройств, написанные на предложенном языке, показана рлглядность и компактность тестов.

Язык высокого уровня для описания- тестов базируется на основных понятиях алгоритмических языков с учетом спэцяфикн объекта описания и является более -ушпзорсал&шм я независимым от прибора по Сравнения с приборно-сриэктированным языком. Структуры данных, используемые в предложением языке: константы, перемёшшо, массивы, списки. Типы дашых:- целые, логические. Основными операторами языка являются операторы описания, присвалтаяйя,-циклов, условия. :

Применений языка высокого уровня для'описания тестов .запоми-напвде устройств показало .более широкую область эффективного применения по'сравнению о приберно-ориэктирозакным язнког.-.

: В соответствии с клас сифшсаетёй томского грамматика предло- ■ кешых в. Диссертафи языков относится к классу контекстно-свбйодных,

-.' ' Тесты, представленные в'виде программы, задающей алгоритм формлрояания тестовых воздействий, будем.' называть, алгоритмическими театама',' .. . ',.. . : ' ' ■.

; В тсотьс-З главе рассматриваются вопросы определения функций, возлагаемых на процессор, генерации тестов, разрабатываются варианты структур процессоров, реалнауадкх. языки, врвдютшив зо втором разделе я алгоритмы их ®унедионирбвания. • : .. '

Процедура, которая показывает этапы обработки исходной информации и генерации выходной последовательности, начиная от ввода тоста.в прибор до получения соответствующей выходной последователь-носхп приведена на рис. I,

11а период? этапе, тест вводится в виде программы, написанной па одном из предложенных языков.

Встроенная в прибор управлящдя ЭВ;,[ обрабатывает- исходную ин-форг.ац:ш (сканирует л анализирует), т.е. выполняются локо(т?ескай и синтаксический анализы и создается внутреннее представление исходного теста.

Ета програишая трансляция ткет, быть выполнена во время ввода ирограгл.и или после него, т.к. время трансляции не является главным. Результатом этого этапа станет внутреннее представление теста, которое является исходным для следующего этапа (интерпретация и генерация выходной последовательности), где быстродействие является определяквдш. ,

7&тзя работа посвящена именно этому этапу интерпретации внутреннего представления тестов й генерации выходных последовательностей, функции которого возлагаются' на процессор генерации тестов.

В диссертации предлокено к. обосновано внутреннее прэдставле-кке прографи, написанных на языках описания тестов, в виде дескрипторов; разработана структура дескрипторов; разработано несколько алгоритмов трансляции с внешнего языка описашш тестов во внутреннее представление , которое является исходным для разрабатывав-' мого процессора. . • • . _

В связи'с тем, что основным требованием.к разрабатываемой структуре процессора является высокая частота выдачи выходных векторов, в работе предлагается при генерации виходнрГ; последовательности использовать- принципы ко'цвеЛеризации'и распаралл&щгаа--шя. Главная идея применения первого принципа (конвейеризация) заключается в.том, что совмещаются во времени процедура распаковки. сегмента и выдачи его содержимого на объект диагностирования и процедура выборки следующего сешента, • ••

Реализация принципа распараллеливания заключается в одновременном обращении процессора к блокам памяти сегментов и памяти дескрипторов сегментов.

Рис. 1

На основе указанных принципов для приборно-оривотированного языка разработано четыре структуры процессоров, отличающихся модификациями интерпретируемого игл: языка и организацией памяти. Модифглацци языка определяются различной вложенностью операторов цикла. Организация памяти определяется наличием локальной памяти . сегментов для 1са;эдого канала либо использованием общей памяти .сегментов.

Разработка процессора, реализующего язык описания тестов высокого уровня, такке'опирается на использование принципов конвейеризации и параллелизма. Реализация принципа,конвейеризации заклкн чаегся в совмещении во времени процедур ввдачи подготовленной тестовой последовательности к формирования очередной порция выходных кодов. Реализация принципа параллелизма заключается в. одновременной обработке левой и право:! частей операторов' языка.

Разработаны параллельные алгоритмы функционирования всех : предложенных в работа структур и даны рекомендации по их исполь-зошшш. - -

В четвертой главе - осуществляется аналитическая оценка сложности предложенных реиенлй и экспериментальная, основанная на разработанной автором программной системе/реализованной для при-борно-ориентировашгого языка.

При получении аналитических оценок автор ориентировался, на реализацию предложенных структур процессоров на микросхемах оС.Т технологии. •-..:■

Заполненный анализ показал, что на разработанных-структурах возможно получение выходной частоты генерации на уровне десятков мегагерц, что не уступает показателям приборов, приведенным в табл. I. При этом следует отметить, что ре.лим интерпретации прог-•ракш, описываюдей закон йормяровашга выходной последовательное- . ти, позволяет С1£ять ограничения на длину тестового воздействия.

Наилучние показатели по быстродействию .(выходной частоте) 'тлеют структуры, реалязукрэ приборно-ориентированиый язык.и используклцие локальные памяти сегментов для каждого канала независимо от'вложенности операторов'цикла. Однако эти структуры проигрывают но затратам оборудована по сравнению со структурами, использувдпш обад'ю память сегментоз. .

Наивнсшши затратами оборудования из разработанных в диссертации структур обладает структура процессора, реализующего язык высокого уровня. Достоинствами последней структуры является более широкая.область эффективного применения.

С целью практической апробации предложенных в работе решений была выполнена разработш програшного обеспечения для генератора кодовых последовательностей Г5-80, ориентированная на использование приборно-ориентированного языка.

Программное обеспечение реализовано на ¡3311 "еяектрошлса-оО", подключаемой, к генератору через плату интерфейса. Практическая работа на созданной системе показала удобство в применении язш<а. для вЕода теста в прибор,'заключающееся в компактности и наглядности описания и сокращении вводимой шкЬормации. Интерпретация операторов языка в "5лектроника-50" осуществляется путем имитации памяти прибора в оперативной памяти .БВМ за Ере:ля, необходимое для пользователя. Временные задераки появляются при последующей передаче сформированного содертюго лаюти в генератор. Зто позволяет сделать внзод, о практической целесообразности аппаратной реализации языка, которая будет объединять перечисленные выше преимущества. '

ОСНОВШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РШУШ

Основные выводы и результаты диссертационной работы мозно сфорглулировать следующим образом: .

■ I, Показана целесообразность использования внешнего языка 'компактного задания исходных тестов в генераторах кодовых последовательностей п внутреннего языка,' позволяющего снять огранп-чения на длину в ¡«одной' последовательности а обеспечите высокую частоту генерация.

2. Предложено и обосновано внутреннее представление тест-' программы в виде дескрипторов и разработана их структура.

3. Разработаны структуры процессоров ц алгоритмы их санкционирования, реализующие языки описания тесгов п позволяющие генерировать тесты произвольной длины в мегагерцевом диапазоне.

• 4. Разработана программная система'для генератора кодовых последовательностей Г5-80, реализувдая приборно-ориентированный язык. Эксплуатация разработанной систалы подтвердила достоинства и эффективность аппаратной реализации языка описания тестов для систем диагностирования.

По материалам диссертаций опубликованы следующие работы:

1. Ал-обавди А.Х., 1Сазак А.а. Способформирования тестовых последовательностей // Проблемы диагностирования микропроцессорных систем: Тез. докл. Респ.конф. 14-10 октября 1937 г. -Ужгород, 1937. - С. 27-28, • ~

2.'Казак А.Ф., Ал-обаяди АД, Задание тестовых векторов для генераторов кодовых последовательностей П Автоматизация контроля вычислительных уотройсгв й систем: Тез. докл. респ.,' конф. 12-14 октября 1988 г. - Винница, 1988. - С. 27.

Подп. к печ* 10.07.90. Формат 60x84 1/16. ' Офсетная печать^ Печ.л. 0,75; уч.-изд. , Л. 0,75. ' Тирак 100 экз. Бак. !Ь 262 ... Бесплатно

'Ротапринт ЛЬТ.1 197022, Ленинград, ул.' Проф."Попова.5