автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Разработка методов и средств оценки устойчивости микропроцессоров в составе РЭС при воздействии электромагнитных помех

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

На правах рукописи

СЕЛЕЗНЁВ Игорь Львович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ МИКРОПРОЦЕССОРОВ В СОСТАВЕ РЭС ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

05.27.01 - Твердотельная электрошпса, микроэлектроника 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАГ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1994

Работа выполнена в БЕЛОРУССКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Научный руководитель - кандидат технически наук,

профессор ОБРАЗЦОВ Н.С.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, старший

научный сотрудник УРБАНОВИЧ П.П. кандидат технических наук, доцент ШПАК И.И.

Ведущая организация - Производственное объединение

"БелВАР", г. Минск

Защита состойся 994 года в 14.00 часов на заседании

специализированного совета К 056.05.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в БЕЛОРУССКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ.

Адрес университета: 220027, г.Минск, ул. П.Бровки, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан - 1994 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

А.П.Ткаченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из наиболее значимых результатов развития микроэлектроники явилось созданне в 1971г. микропроцессора (МИ). Объективной технологической предпосылкой появления МП явилась возможность получения методами микроэлектроники интегральных схем (ИС) с большим числом элементов (логических вентилей). Сам МП отличается компактностью, низкой стоимостью, обладает возмоштетъю программного управления и высоким быстродействием. Такое сочетание свойств позволяет на единой технологической и схемотехнической основе, главным образом за счет программирования, строить специализированные вычислительные устройства, пригодные для использования в радиоэлектронных средствах (РЭС) различной ориентации - наука, производство, транспорт, системы вооружения.

Эксплуатация РЭС, как правило, происходит в условиях внешних дестабилизирующих факторов, среди которых большую опасность представляют электромагнитные помехи (ЭМП), воздействие которых может существенно изменять характеристики РЭС, и тем самым обуславливать необратимые и обратимые нарушения их работоспособности. Многообразие процессов, приводящих к нарушениям работоспособности аппаратуры, а также их взаимодействие между собой, предполагает осуществление комплекса организационных и технических мероприятий, направленных на обеспечение надежностных характеристик РЭС з условиях неблагоприятной электромагнитной обстановки (ЭМО).

Технические мероприятия включают в себя схемотехнические способы обеспечения устойчивой работы РЭС и подразделяются на аналитические (анализ, расчеты, прогнозирование) и практические - оптимальный выбор типов и режимов эксплуатации элементной базы. Для рационального конструктивного и схемотехнического построения РЭС с использованием МП необходимо иметь базу данных по восприимчивости отдельных

компонентой, и, в первую очередь, МП, к воздействию ЭМ11. Информация о таких базах данных автору неизвестна.

К настоящему времени достаточно подробно исследованы механизмы влияния ЗМП на отдельные элементы и структуру материала ИС. Однако в литературе отсутствует описание методов и алгоритмов оценки устойчивости МП к воздействию ЭМП, не разработаны средства определения допустимых уровней помех, вызывающих нарушение работоспособности МП.

Поэтому исследование методов и средств оценки устойчивости МП в составе ЮС к воздействию ЭМП, применение которых буди способствовать повышению надежности аппаратуры в целом, является весьма актуальной задачей, н представляет значительный интерес не только с научной, но и с практической ючкн зрения.

Цель работц. Целью диссертационной работы является разработка, теоретическое исследование и практическое применение методов н средств оценки устойчивости МП в составе ЮС к воздействию ЭМП.

Основные задачи диссертации. Реализация поставленной цели осуществляется в работе посредством решения следующих задач:

- вибор параметров и форм сигналов имитации ЭМП;

- разработка методов испытаний и оборудования, необходимого для исследования устойчивости МП к воздействию ЭМП с широким спектром уровней и параметров;

- разработка методов и критериев количественной оценки устойчивости и работоспособности МП в составе оборудования РЭС;

- построение логико-функциональной модели МП произвольного типа для контроля и диагностирования с целью формулирования модели неисправностей и синтеза тестовых последовательностей команд, обеспечивающих обнаружение отказов МП при воздействии члектро-шпппных помех;

- разработка методики, алгоритмов н программного обеспечения для автоматизации процедуры синтеза минимального набора тестовых последовательностей команд для контроля устойчивости МП;

практическое применение разработанных методов испытаний для оценки устойчивости МП различных типов.

Методииссдецовач'гп. Решение рассматриваемых в диссертации задач базируется на использовании методов системотехники и математического моделирования, теории вероятности и математической статистики, теории графов, теории алгоритмов, программирования и моделнрояання на ЭВМ.

Для прямого подтверждения достоверности результатов теоретических исследований используется непосредственный эксперимент па опытных образцах МП. для косвенного - анализ эффективности предложенных методов определения устойчивости но отзывам организаций, внедривших полученные автором результаты исследований.

Цзулищишш'зна диссертационной работы заключается в следующем:

- разработаны методы моделирования и критерии оценки устойчивости МП при воздействии электромагнитных помех;

-предложены практические методики определения границ безотказной работы МП в широком диапазоне уровней и параметров поме-хового воздействия. основанные на системном подходе к надежное!и МП в условиях воздействия дестабилизирующих факторов;

- разработана логико-функциональная модель МП в виде М-графа и сформулирована модель неисправностей для целей исследования устойчивости к ЭМП. не требующие от разработчика тестовых программ знаний подробностей технической рсализацпи МГТ:

- разработан алгоритм построения комбинации кодов, обеспечивающих обнаружение отказов МП при воздействии электромагнитных помех ц алгоритм построения минимальной логической формулы для

синтеза оптимальных тестовых последовательностей команд МП, основанный на блочном анализе состояния объекта диагностирования (прогнозирования) и позволяющий с минимальными затратами времени и с высокой степенью достоверности оценивать состояние МП.

Разработанная методология оценки (прогнозирования) устойчивости MI7 к воздействиям электромагнитных помех в публикациях по данной тематике не встречается и впервые приводится в работах автора.

Практическая ценность работы. Практическая ценность результатов, полученных в диссертации состоите том, что они:

- позволяют значительно повысить надежность разрабатываемой аппаратуры за счет оптимального выбора типов и режимов эксплуатации используемых МП;

- на их основе предложены методы и средства оценки устойчивости МП к воздействию ЭМП не только дня существующих типов МП, но и вновь разрабатываемым, так как базируются на логико-фунхционалыюй модели к системе команд МП;

- предпагаюг алгоритмы и программы построения модели МП и синтеза минимального набора тестовых последовательностей команд дня целей исследования устойчивости МП к ЭМП.

По результатам диссертационной работы создан пакет программ на алгоритмическом языке программирования ПАСКАЛи в среде операционной системы MS DOS, автоматизирующий процедуру синтеза минимального набора тестовых последовательностей команд для целей исследования устойчивости МП произвольных типов к ЭМП.

Результаты, полученные автором, использованы в отраслевом руководящем документе по методам и средствам оценки устойчивости интегральных схем и МП х воздействию ЭМП, разработанном в концерне электронной промышленное™ России, а также в учебном процессе БГУИР

по специальности 23.03 в курсах лекций 'Теоретические основы конструирования и надежности ЮС" н "Конструирование ГЭС".

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "ИЭ'Г СВЧ" (Красноярск, 1988г.), II межотраслевой НТК "Применение микропроцессорных систем в управлении производством ИЭТ" (Москва, 1990г.). а также на других всесоюзных и республиканских научно-технических конференциях.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения н приложения, в том числе основной текст - 141 страница, содержит список литературы, включающий 122 наименования.

СОДЕРЖАНИИ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены современное состояние и актуальность решаемой проблемы; формулируются цель и задачи исследований, указывается практическая значимость, новые научные результаты, реализация, апробация и структура диссертации.

В__первой главе приведена систематизация наиболее распространенных видов ЭМГ1, воздействующих на РЭС, проведен анализ влияния помех на работоспособность МП в составе РЭС, рассмотрены виды и характер процессов, определяющих эффекты взаимодействия помехопого сигнала и схемно-структурных компонентов прибора, дан анализ методов и средств испытаний элементной базы РЭС на устойчивость к воздействию электромагнитных помех, а также методов моделирования воздействий ЭМП на МП.

Очерчены рамки проблемы и определен комплекс основных задач, необходимых для обеспечения полноты ее решения.

Систематизация по характеру и виду ЭМП позволяет выделить организованные н непреднамеренные ЭМП (НЭМП), причем организованные ЭМП по характеру своего воздействия на элементы РЭС во многом идентичны НЭМП, особенно с точки зрения влияния на нормальное функционирование ЮС предполагаемой ЭМО, и в теории обеспечения требования электромагнитной совместимости не рассматриваются.

Отмечается, что уровни и параметры НЭМП, воздействующих на элементную базу и компоненты РЭС, существенно отличаются от поме-ховых воздействий, определяющих внешнюю для аппаратуры ЭМО. На основании этого показано, что оценка работоспособности МП при воздействии НЭМП предполагает испытания в широком диапазоне параметров помех н уровней их варьирования.

На основании произведенного анализа природы НЭМП установлено, что для определения восприимчивости элементной базы и, в частности МП, к действию помех, в качестве воздействий, моделирующих НЭМП, целесообразно Использовать испытательные сигналы вида:

- ,хпя импульсных НЭМП:

и(0 = иЮахе-са, (I)

- для синусоидальных НЭМП:

и(1) = иовшИ + <с(0). (2)

Полнота н достоверность полученной информации о работоспособности МП в условиях воздействия НЭМП в значительной мере определяются возможностями оборудования и приборов, использованных при проведении испытаний. Существующие в настоящее время имитаторы НЭМП предназначены в основном дня сертификации аппаратуры, а микропроцессоров, на устойчивость к импульсным воздействиям и не

позволяют решить целый комплекс проблем, связанных со спецификой испытаний МП.

Проведенный анализ показал, что достаточно подробно исследованы механизмы влияния НЭМП на отдельные элементы и структуру материала ИС, но отсутствует описание методов и алгоритмов диагностирования МП, тогда как проведение испытаний МП имеет существенные отлития от испытаний ПС малой и средней степенн интеграции вследствие большого числа логических элементов на кристалле (например, МП Intel 80286 -около 130000 транзисторов), ограниченного числа выводов и сложности регистрации воздействия помехи. Кроме того, испытания логических ИС обычно проводятся в статическом режиме рабсгы, допускается шунтирование их входов низкоомнымн сопротивлениями и использование генераторов импульсных НЭМП с низким выходным импедансом. Для МП такие способы оказываются неприемлемыми, так как оценить устойчивость последнего можно только в динамическом режиме работы при выполнешш специальных тестовых последовательностей команд, максимально активизирующих внутренние структуры и связи МП, наиболее чувствительные к действию помех.

Внешние устройства имитации и регистрации результатов воздействия импульсных НЭМП ire должны нарушать нормальный режим эксплуатации МП, описываемый техническими условиями на данный прибор. Проведенные автором экспериментальные исследования показали, что наиболее рациональным способом, обеспечивающим выполнение данных требований, является индуктивный метод подачи сигнала имитации импульсной НЭМП на выводы МП.

С учетом изложенного обоснованы основные направления исследования.

йШРМЛЗМШ» посвящена разработке метода си тела минимального набора тестовых последовательностей команд для исследования ус-

тойчнвостн МП произвольных типов к воздействию НЭМЛ. Решение указанной проблемы предполагает построение математической модели исследуемого объекта - МП, формирование модели неисправностей, анализ модели МП с целью получения данных, необходимых даю синтеза минимального набора тестовых последовательностей команд, построение комбинации кодов, обеспечивающих обнаружение отказов МП посредством использована синтезированных команд.

Анализ существующих методов тестирования МП, проведенный автором, позвонил выделить три группы моделей МП для контроля и диагностирования:

а) модели, рассматривающие МП на уровне вентильных схем типа И, ИЛИ, НЕ, триггеров;

б) модели, в которых МП рассматривается как совокупность укрупненных функциональных узлов типа регистра, арифметико-логического устройства (АЛУ), мультиплексора и т. п.

в) модели, в которых проверка МП проводится по правильности выполнения им конкретных наборов операций или команд -функциональные модели МП.

Наиболее универсальными и гибкими дня целей испытания МП, не требующими от разработчика тестовых программ (ТП) знаний подробностей технической реализации испытываемого МП и базирующиеся на системе команд являются модели на функциональном уровне. Одновременно анализ работ, исследующих проблему синтеза ГП для МП в рамках функционального подхода показывает, что существующие методы недостаточно формализованы, громоздки и ориентированы на использование для целей контроля правильности функционирования внешних технических средств (тестеров), которым должны быть доступны все внешние контакты МП, что затрудняет как автоматизацию синтеза ТП, так и практическое использование последних.

О'

Обосновано, что важными факторзми, позволяющими упростить процедуру построения модели и синтеза ТП для целей исследования устойчивости МП к НЭМП, являются:

- использование заведомо исправных МП;

- наличие "собственного интеллекта" - развитая система команд, типов данных и прерываний, микропрограммнруемость, функциональная завершенность на уровне СБИС, наличие языка программирования Ассемблер;

-тестирование МП в полном объеме нецелесообразно, достаточно ограничиться лишь механизмами (структурами) МП, наиболее чувствительными к действию ЭМП - внутренними шинами (каналами) передачи данных, регистрами, элементами памяти.

Построение функционального теста МП основывается на более подробной детализации функций, причем модели неисправностей в основном задаются на функциональном уровне. Так как вопрос о соотношении неисправностей физических и определенных функционально недостаточно исследован, принят подход максимального расширения класса неисправностей, не препятствующий, однако, получению практических способов их проверки.

Использование методики синтеза минимального набора тестовых последовательностей команд проиллюстрировано на примере распространенного восьмиразрядного МП КР580ВМ80А (аналог Intel 8080).

Анализ функций МП позволяет выделить среди прочих механизмы хранения и передачи данных, отождествляемые с совокупностью регистров и связей между ними, и представляющие, как отмечалось, интерес для целей построения функциональной модели логических передач МП. Эгу часть оборудования МП можно отобразить в виде ориентированного М-трафа (графа МП) логических передач.

Э

Вершины М-графа образует множество регастров МП Я, дополненное вершинами IN н OUT - соответствующие внешней памяти и устройствам. На основе анализа системы команд исследуемого МП формируется множество команд пересылок и ветвлений 3 в МП. Выполнение команды Ij е 3 вызывает обмен данными между регистрами, либо между регистрами и внешней памятью или внешними устройствами в определенной последовательности, что помечается в М-графе в виде набора соответствующих ориентированных ребер. Действительная последовательность потока данных во время выполнения команд множества 3, как правило, неизвестна для разработчика ТП, так как она зависит от конкретной реализации МП, однако последовательность обхода ребер М-графа при выполнении команды Ij можно смоделировать исключительно на базе логической зависимости данных, почерпнутых из системы команд и структурной схемы МП.

Определение 1. Путем передачи называется логический последовательный путь, по которому идет поток данных во время выполнения команды. На основании понятия маршрута, набор путей передачи, использованный для представления команды I] в М-графе, можно представить множеством из g маршрутов L\ = {Ei,E'a.....J?r}, ; = 1,2.....g, в

котором каждый маршрут описывается последовательностью ребер A'it, k = 1,2.....г, где г - количество ребер в маршруте, и обозначается как:

3Pj = {Li, Li,.... £g} . (3)

Определение 2. Путем М-графа называется последовательность из g ориентированных ребер с номерами Nu i=l,2,...,g, начинающаяся в вершине IN, оканчивающаяся в вершине OUT, не содержащая одинаковых ребер, и обозначается как множество

Р = (ЛГг. N2.....Ng} . (4)

Гак как каждому учасгку пути, состоящему нэ ребра М-графа, соответствует регистр-приемник, то проверка всех участков одновременно будет обеспечивать и проверку всех регистров (в классе выбранных неисправностей). Очевидно, что для проверки всех участков пугей передачи данных достаточно выбрать некоторое подмножество пугей передачи

G с {Ti uTz и— иТт) , (5)

где г - количество команд ветвления н пересылки. В каждом пути подмножества G достаточно выбрать одну последовательность команд, активизирующих данный путь, и выполнить эту посчедовательность с операндами и адресами теста переноса.

Алгоритм формирования минимальной тестовой последовательности команд состоит из следующих шагов:

(.Построить неизбьпочнын набор JF из d путей М-графа, покрывающих все ребра

d

w= £Pi. (6)

»-/

2. Для каждого пути Рi неизбыточного набора путей М-1рафа W выбрать кратчайшую последовательность команд, активизирующих путь Р1. Для этого требуется:

-каждому ребру пути Pi, состоящему из g ребер, сопоставить дизъюнкцшо команд rfj, помечающих это ребро, так что

m

d}= V Jjj, , i = (7)

fc-i

где m - количество команд, покрывающих j-ос ребро пути М-трафа Pi, ijj, -k-ая команда, покрывающая j-oe ребро пути М-графа Pt;

- составить некоммутативную конъюнкцию дпзьюнкшш /И всех ребер пути М-графа Ри полученных по формуле (7)

8

Ь> = А ¿у, (8)

}-1

где % - количество ребер в Р1 пути М-графа;

- сохраняя порядок конъюнкций для /)', полученный по формуле (8), раскрыл, скобки и перейти от конъюнктивной к дизъюнктивной форме, применяя, где это возможно, закон поглощения;

- выбрать терм полученного выражения пути М-графа Р1, состоящий из минимального числа команд.

ТП, сформированная с применением данного алгоритма, позволяет получить реакцию объекта контроля в свернутой представительной программной форме: ' - в виде значения адреса перехода;

- контрольных сумм или флагов ТП;

- объектов состояния контролируемого МП - регистров общего назначетш, специальных регастров и т.п.

Таким образом, значительная трудоемкая часть теста организуется самим МП, экономя трудозатраты на проектирование тестов и собственно контроль.

ТП независимы от коррекций и модификаций структуры МП, а многие из них пригодны для исследования различных архитектурно-единых, функционально-совместимых МП.

Третья глава посвящена разработке средств и методики испытаний МП. Решение указанного комплекса задач предполагает выбор н обоснование критериев для установления факта отказа, разработку необходимого испытательного и стендового оборудования, включая имитаторы и схемы реализации критериев, а также алгоритмы синтеза

минимального набора тестовых последовательностей команд с пракш-ческой реализацией в виде пакета прснрамм.

Воздействие НЭМП на МП может приводить к отказам, коюрые подразделяются на необратимые (устойчивые) и обратимые (временные, сбой).

Необратимый отказ, проявляющийся в виде невосстанавливаемого ухода параметров МП за рамки, установленные техническими условиями, вызывается глубокими повреждениями структуры СБИС, тоща как обратимые отказы качественно проявляются в выходе одного или нескольких параметров за рамки технических условий, и при снятии воздействия значения параметров возвращаются в установленные границы.

Для определения уровнен НЭМП, вызывающих необратимые отказы МП, целесообразно использовать понятие "прочности", предполагающее сохранение работоспособности прибора после снятия дестабилизирующего воздействия и допускающее временное нарушение работы под влиянием воздействия.

Для численной оценки помехоустойчивости МП, характеризующейся возникновением сбоев, наиболее рационально применение критерия достоверности работоспособности (функционирования), устанавливаемого по факту изменения ожидаемого функционального состояния ПС. Его применение характерно для системного подхода к надежности и заключается в представлении устройства законченным изделием, характеризуемым жесткой функцией связи входных-выходных состояний.

Реализация критерия достоверности работоспособности предполагает использование дополнительного устройства, контролирующего функциональное состояние испытуемого МП посредством оценки результатов работы ТП. В общем случае под достоверностью работоспособности МП будет пониматься свойство, характеризующее истинности

1Э

выходного результата работы посредством ТП, которая определяется способностью средств контроля фиксировать правильность или ошибочность его работы.

Показано, что качество оценки технического состояния МП, выраженное достоверностью работоспособности 1(4) в момент времени t можно определить как

1(0 = Р(Нраб Ц+Ео), (9)

где события Нраб I - работоспособное состояние МП в момент Ь и +Ео -положительная проверка (нет отказов) в момент времени ♦<», а Р(Нраб 1|+Ео) - условная вероятность того, что на отрезке времени от Ьо до I МП работоспособен, при условии, что последняя проверка МП в момент 1о дала положительный результат.

Введя событие Ннераб 1о - неработоспособное состояние МП в момент 1о и используя формулу Байеса для пары событий Нраб Ь и +Ео, выражение (9) можно записать как

,т =__РЩраб 1)Р(+ЕоЦ]раб^_ г|т

Р(Нраб 1о)Р(+Ео|Нраб 1о)+Р(Ннераб 40)Р(+ЕоIНнераб ^ к '

Установлено, что определенная таким образом достоверность работоспособности МП в отличие от надежности, характеризующей потенциальные свойства, характеризует еще и качество контроля состояния МП. Для количественной оценки достоверности результатов решения задачи посредством условной вероятности получения правильного решения, в формулу нужно ввести как сомножитель достоверность работоспособности аппаратуры контроля. Если допустить, что вероятность ошибки средств контроля крайне мала, а тестирование МП обеспечивает полноту контроля, то Р(+Ео1 Ннераб и>) = 0 н Р(+Ео|11раб 1) = I. В этом случае выражение (10) можно представить в виде

11 Р(Нрвб1о)

В случае распределения времени безотказной работы МГ1 по экспоненциальному закону (справедливому для элементной базы) с параметром 41 н при 1о = 0, получим

1(4) = (12)

что позволяет сделать вывод - получение высокой степени достоверности работоспособности МП требует наряду с совершенствованием ТП и аппаратуры контроля работы МП уменьшения интервалов времени Д1 между проверками результатов ТП, то есть минимизации длительности времени исполнения ТП.

Показано, что особенности испытания МП выдвигают ряд требований к практической реализации как испытательного стенда с МП, так и устройства регистрации воздействия помехи:

- испытательный стенд должен обеспечивать условия работы МП, максимально приближенные к реальным условиям эксплуатации;

- испытательный стенд должен обеспечивать возможность выполнения МП специальных ТП в процессе исследования устойчивости к НЭМП;

-результаты и время выполнения МП специальных ТП должны надежно контролироваться для обеспечения качества оценки достоверности работоспособности;

- в результате действия имитируемых НЭМИ возможны сбои ь работе не только МП, но и ИС на испытательном стенде, обеспечивающих нормальные условия функционирования схемы включения МП.

Удовлетворение требований к испытательному стенду обеспечивается его реализацией в виде микро-ЭВМ в минимальной конфигурации на основе испытываемого МП. Реализация требований качества оценки

достоверности работоспособности МП может быть обеспечена посредством использования в качестве устройства регистрации воздействия помехи стандартной микро-ЭВМ, например, серии IBM PC/XT, оснащенной интерфейсным модулем для связи с испытательным стендом, что позволяет также автоматизировать функции управления испытательного стенда. На рис.1 приведена структурная схема испытательной установки для исследования устойчивости микропроцессора к воздействию НЭМП. построенной с использованием микроЭВМ.

Для испытаний разных типов МП требуется построение индивидуальных испытательных стендов, учитывающих особенности архитектуры и максимально использующих БИС и СБИС серии МП, что обеспечивает эксплуатацию в соответствии с техническим» условиями на применение МП. Испытательный стенд должен размещаться в защитном экране; при его изготовлении особое внимание требуется уделять тщательности экранирования электрических цепей и уменьшению их индуктивного сопротивления; правильности выполнения корпусных и снгнальньй соединений.

Приводится подробная методика использования аппаратуры испытательной установки для исследования устойчивости МП к воздействию НЭМП. где, в частности, на этапе подготовки эксперимента отмечено, что синтезированный минимальный набор тестовых последовательностей команд необходимо преобразовать в реальную ТП посредством добавления дополнительных команд, обеспечивающих пересылку результатов работы ТП посредством интерфейса в микро-ЭВМ управления.

Для целей оценки влияния импульсных НЭМП разработан имитатор импульсных помех с индуктивным методом подачи сигнала помехи, позволяющий генерировать на рецепторе сигнала помехи (выводе МП)

стабильные импульсы напряжения экспоненциальной формы регулируемой амплитуды с передним фронтом 4-5 не и длительностью от 15 до 250 не, что соответствует требованиям военного стандарта США М1Ь-5|(1 883С.30153 к испытательным установкам для проведения исследований устойчивости ИС к воздействию импульсных ЭМП.

Рис. 1.

Проведение испытаний МП на устойчивость к воздействию синусоидальных НЭМП целесообразно осуществлять, используя в качестве имитатора помех стандартное промышленное оборудование - высокочастотные генераторы с умощненным выходом (например, ГЧ-143, ГЧ-153, ГЧ-154).

Разработан пакет из четырех программ на алг оритмическом языке Паскаль в среде операционной системы MS DOS, реализующий методику синтеза минимального набора тестовых последовательностей команд.

Программа MGRAPH предназначена для формирования файла данных матричной модели описания М-графа, включающего также списки команд МГ1, покрывающих ребра М-1рафа и массив времени выполнения команд МГ1 в условных единицах времени (такты, циклы).

Результирующий файл данных используется в работе остальными программными модулями.

Программа ЛЬЬРАТН, предназначенная для построения полного набора всех путей М-графа, построена на принципе последовательного разбора графа. Разработанный рекурсивный алгоритм разбора М-графа прост в реализации, имеет высокую скорость выполнения за счет оптимального построения дерева разбора и экономно использует память, позволяя работать с М-графом большой размерности.

Программа РАЫАЫЗ, используемая для формирования нензбыточ-ного подмножества путей М-графа, построена на принципе последовательного оптимального отбора путей, используя в качестве критерия оптимальности минимум количества путей, покрывающих все ребра М-графа и минимум взаимного дублирования ребер в отобранных путях.

Для синтеза минимального набора тестовых последовательностей команд, реализующих нензбыточное подмножество путей М-графа, используется программа СМБРАТН, основывающаяся на поэтапном алтор1ГГМе оптимизации с целью получения минимума как команд, так И суммарного времени выполнения тестовых последовательностей команд. Разработанный алгоритм имеет высокую скорость работы и позволяет формировать оптимизированные короткие и быстрые тестовые последовательности команд, на основе которых строятся эффективные ТП для исследования устойчивости МП.

Четвертая глава посвящена проведешпо испытаний конкретных типов МП на устойчивость к воздействию НЭМП и разработке методики повышения устойчивости работы МП в составе РЭС.

Приведены результаты испытаний МП серий К580, К1801 и микропроцессорного комплекта К588.

В целях проведения испытаний для исследования устойчивости к воздействию импульсных н синусоидальных НЭМП каждого типа МП

разрабатывался индивидуальный испытательный стенд, представляющий собой МЭВМ в минимальной конфигурации (рис. 2). При построении стенда для испытаний 8-разрядного МП КР580ВМ80А использовались БИС серии К580 - КР580ГФ24, КР580ВК38, КР580ВА86/ВЛ87, КР580ИР82/ИР83. Для испытаний 16-разрядного МП К1801ВМ1 использовались БИС серии К1801 - К1801ВП 1-033, К1801ВП 1-034. Для испытаний микропроцессорного комплекта К588 собирался 16-разрядный процессор с системой команд ЭВМ 'Электроника-60" и интерфейсом по ОСТ 11.305.903-80 на БИС серии К588 - К588ВС2, К588ВУ2, K588BAI, К588ВГ1. В стендах использовались также микросхемы серий KI55, К589, К537 и К573.

Рис. 2.

Проведенные испытания доказали эффективность предложенных методов и средств оценки устойчивости МП.

Установлено, что при действии импульсных НЭМИ в диапазоне длительностей 15... 120 не наиболее чувствительными к пимехам ока-

зываются для МП серии К580 шина адреса^ а для К1801 и К588 - шина адреса/данных. При действии синусоидальных НЭМП в диапазоне частот 50...400 МГц наиболее чувствительными к помехам оказываются для МП серий К580 и К588 шина управления, а для К1801 - шина адреса/данных.

Предложенная методика повышения устойчивости работы МП в составе ЮС к воздействию НЭМГ1 описывает предполагаемую последовательность работ по улучшению характеристик электромагнитной устойчивости РЭС для обеспечения совместимости электронных систем с заданными условиями ЭМО при минимальном времени разработок и стоимости.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные положения работы сводятся к следующему:

1. Сформулированы требования к параметрам форм и сигналов имитации ЭМП для целей исследования помехоустойчивости МП.

2. Разработаны средства и методика испытаний МП на устойчивость к воздействию ЭМП в широком диапазоне их уровней и параметров, обеспечивающие возможность получения информационно-справочных материалов для разработчиков РЭС. Обоснована целесообразность реализации испытательного стенда в виде микро-ЭВМ минимальной конфигурации на основе испытуемого МП.

3. Установлено, что амплитудно-временные характеристики поме-хового воздействия определяются критериями оценки надежности испытуемого МП. Обоснована целесообразность введения критерия достоверности работоспособности для оценки помехоустойчивости МП к воздействию ЭМП и предложена методика его реализации на основе результатов выполнения тестовых последовательностей команд испытываемым Mil под синхронным контролем микро-ЭВМ регистрации результатов воздействия помехи. Доказана необходимость минимизации

времени выполнения тестовых последовательностей команд с ценыо получения высокой степени достоверности работоспособности МП.

4. Разработана оригинальная методика и алгоритмы синтеза оптимального минимального набора коротких и быстрых тестовых последовательностей команд для испытаний МП произвольных типов, базирующаяся на логико-функциональной модели МП.

5. Разработан пакет программ, автоматизирующий процедуру синтеза минимального набора тестовых последовательностей команд для МГ1 произвольных типов и позволяющий формировать оптимальные и эффективные варианты таких последовательностей команд.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В РАБОТАХ

(.Образцов Н.С., Селезнёв ИЛ. Программный метод защиты ОЗУ ЭВМ от воздействия индустриальных и радиотехнических помех. - В кн.: XXVII конференция п/я А-1845, ннв. № 28017. Тезисы докл. - Москва.: 1988.-С. 68-70.

2.Образцов Н.С., Селезнёв ИЛ., Шадуро OA., Гришель Р.Г1. Прогнозирование стойкости ПП ОЗУ к действию индустриальных помех. -В кн.: XXVII конференция п/я А-1845, нив. № 28017. Тезисы докл. -Москва.: 1988.-С. 71.

З.Образцов Н.С., Селезнёв ИЛ. Методика исследования устойчивости микропроцессоров к воздействию ЭМИЯВ и радиотехнических помех. - В кн.: Специальная секция Всесоюзной научно-технической конференции "ИЭТ СВЧ". Тезисы докл. - Красноярск.: 1988. - С. 49.

4. Образцов Н.С., Селезнёв ИЛ. Программный метод защиты ОЗУ ЭВМ от воздействия радиотехнических помех. - В кн.: Специальная секция Всесоюзной научно-технической конференции "ИЭТ СВЧ". Тезисы докл. -Красноярск.: 1988. - С. 50-51.

5. Селезнёв ПЛ., Попов В.А., Качко С .А. Интерфейс микро-ЭВМ ддя автоматизации измерений электрических параметров сверхпроводящих элементов. - В кн.: Межотраслевой научно-технический семинар "Современная технология получения материалов и элементов высокотемпературных сверхпроводннковых микросхем". Тезисы докл. - Минск.: 1990.-С. 108.

6. Образцов U.C., Селезнёв ИЛ., Архипова О.С. Программный метод защиты ОЗУ ЭВМ от воздействия радиотехнических помех. - В кн.: -Научно-техническая конференция "Проблемы качества и надежности изделий электронной техники, радиоэлектронной аппаратуры и средств управления". Тезисы докл. - Минск.: 1988. - С. 119.

7. Образцов Н.С., Селезнёв ИЛ. Методика исследования устойчивости микропроцессоров к воздействию радиотехнических СВЧ помех. -В кн.: II межотраслевая научно-техническая конференция "Применение микропроцессорных снсгем в управлении производством ПЭТ". Тезисы докл. - Москва.: 1990. - С. 89-90.

8. Образцов Н.С., Селезнёв ИЛ. , Лычук И.П. Программный метйд защиты ОЗУ ЭВМ от воздействия индустриальных и радиотехнических помех. - В кн.: II межотраслевая научно-техническая конференция "Применение микропроцессорных систем в управлении производством ИЭТ". Тезисы докл. - Москва.: 1990. - С. 91.

9. Селезнёв ПЛ., Ждановнч C.B., Попов В.А.. Прищепа С.А. Автоматизированная система для электрических изменений при низких температурах //Приборы и техника эксперимента. - М.: 1992. - № 6. - С. 210.

10. Селезнев МЛ. Синтез минимального набора тестовых команд для испытаний микропроцессоров ПЭВМ на устойчивость к помехам. - В кн.: Республиканская научно-практическая конференция "Проблемы профессиональной переподготовки безработных". Тезисы .никл. - Минск.: 1904. -С. 65.

11. Исследовать устойчивость микропроцессоров к гмккфомапшт-ным воздействиям >i индустриальным помехам. /Образцов U.C., Гришель Р.П., Селезнёв И.Л. н др. Отчет о НИР х/д № 86-1102. Гос. регистр № XI3648. Минск. МРТН, 1988.

12. Исследовать устойчивость микропроцессоров к элсктроАюпшт-ным воздействиям и индустриальным помехам. /Образцов U.C., Гришель Р.П., Селезнёв И.Л. и др. Отчет о НИР х/д 88-1038. Минск, МГПГ 1989.

13. Исследовав устойчивость микропроцессоров л JIC к воздействию электромагнитных полей и нндусфпальнмх помех. /Образцов U.C., Гришель P.IL, Селезнёв И.Л. и др. Отчет о НИР х/д 1« 90-1038. Мин«, МРГН. 1990.