автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка методов создания структуры унифицированных средств обслуживания управляющих систем на этапах жизненного цикла

На правах рукописи

Заева Маргарита Анатольевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СОЗДАНИЯ СТРУКТУРЫ УНИФИЦИРОВАННЫХ СРЕДСТВ ОБСЛУЖИВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ НА ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2004

Работа выполнена в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете)

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Зорин Александр Леонидович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Цнрлнн Анатолий Михайлович,

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Малышев Юрий Викторович.

Ведущая организация Федеральное государственное

унитарное предприятие центральный научно -исследовательский радиотехнический институт.

Защита состоится « » 2004 г. в ч. мин.

на заседании диссертационного совета Д212.130.03 в МИФИ по адресу: 115409. Москва, Каширское ш., д. 31, тел. (095) 324-84-98,323-91 -67. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ.

Автореферат разослан « » 2004 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь диссертационного совета. д.т.н.. профессор

Вольфенгаген В. Э.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Среди задач, которые решаются на этапах создания автоматизированной системы обработки информации и управления, начиная с изготовления и до окончания эксплуатации системы, можно выделить класс задач обслуживания - это задачи, решение которых напрямую не связано с достижением целей, поставленных при создании системы, но без их решения не обходится практически ни одна система. К этому классу отнесены задачи технологического контроля, конфигурирования и реконфпгурирования, тестирования. Каждый этап жизненного цикла системы, от разработки до окончания эксплуатации, требует создания оборудования и программного обеспечения для решения задач обслуживания. Причем разработка вспомогательного оборудования и программного обеспечения, как правило, выполняется каждый раз при разработке новой системы или значительном изменении уже созданной. Следовательно, для повышения эффективности разработки и обслуживания системы необходимо разработать такое вспомогательное оборудование и программное обеспечение, которое позволило бы решать весь спектр задач обслуживания для целою ряда систем. Таким образом, возникает необходимость разработки структуры комплексных универсальных средств.

Целью работы является разработка методики создания структуры унифицированных средств для решения задач обслуживания широкого класса управляющих систем, обеспечивающих снижение затрат на папах от изготовления до окончания эксплуатации.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

Проанализировать виды автоматизированных систем обработки информации и управления с целью выделения такого класса систем, для которых целесообразно применение комплексных унифицированных средств и соответствующей методики.

Сформулировать требования к проектным решениям системы, позволяющим использовать унифицированные средства.

Провести анализ средств, обеспечивающих возможность применения унифицированного оборудования для решения задач обслуживания.

3 РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

БИБЛИОТЕКА

с.п оэ

На основании проведенного анализа сформулировать исходные данные для проектирования структуры средств доступа к внутрикристальным структурам, внешним связям между компонентами и межмодульным связям.

Разработать методы и алгоритмы создания структуры унифицированных средств обслуживания управляющих систем на этапах жизненного цикла, решить задачу оптимизации структуры унифицированных средств.

Разработать методику создания структуры комплексных унифицированных средств для обслуживания управляющих систем. Оценить основ-' ные достоинства и недостатки предлагаемой методики.

Сформулировать требования и создать программные средства для решения задач обслуживания на этапах жизненного цикла системы.

Реализовать разработанную методику на практике, создать и внедрить соответствующий программно-аппаратурный комплекс.

Научная новизна. Развит подход к построению автоматизированных систем обработки и управления с учетом решения задач обслуживания системы.

Выделен класс задач обслуживания автоматизированных систем, обработки и управления.

Впервые решена задача создания структуры комплексных унифицированных средств, обеспечивающих одновременное решение задач обслуживания, которые возникают на этапах жизненного цикла от изготовления до окончания эксплуатации управляющих систем.

Впервые предложена методика создания структуры комплексных унифицированных средств для обслуживания управляющих систем с использованием технологии, основанной на JTAG, и позволяющая решать весь спектр задач обслуживания для целого ряда систем на одном и том же вспомогательном оборудовании.

Впервые предложен рациональный эвристический алгоритм решения задачи построения структуры комплексных унифицированных средств.

Практическая ценность. Разработана методика И программа создания структуры комплексных унифицированных средств для решения задач обслуживания широкого класса системна также программно-аппаратурный комплекс для выполнения функций обслуживания в системе. Данный комплекс позволяет решать задачи технологического контроля широкого клас-

са систем, выполнять конфигурирование и тестирование систем на этапах наладки и эксплуатации с использованием унифицированных средств. Разработанный комплекс поддерживает использование стандартизованных файлов, полученных при проектировании в автоматизированных системах проектирования электронных устройств. При проведении обслуживания и наладки с использованием стенда обеспечивается удобный пользовательский интерфейс. Разработаны программные средства решения задач обслуживания для автономного режима эксплуатации.

Результаты диссертации использованы при создании системы управления и обработки информации (УПО-М) в составе БСК 17Р71 для КЛ 11Ф644.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методика создания структуры комплексных унифицированных средств для обслуживания управляющих систем на этапах от изготовления до окончания эксплуатации.

2. Метод формального описания структуры аппаратурных средств системы и унифицированных средств на основе сформулированных постулатов.

3. Утверждение о независимости количества межмодульных свя-$ей ог размещения устройств управления доступом.

4. Алгоритм синтеза внугримодульных и межмодульных цепей.

Использование результатов работы.

Результаты диссертационной работы использованы:

1. Для разработки вторичною преобразователя шмерптеля акустического импеданса и других параметров, 1998 - 2000 г.г.

2. При изготовлении экспериментального образца цифровой системы сбора и обработки радиочастотных сигналов. 2000-2001 г.г.

3. При разработке средств для реализации цифрового модуля обнаружения, регистрации и выдачи идентификационного кода подвижного состава, 2001-2002 г.г.

4. В работах по настройке подкомплекса УПО аппаратуры 17Р71. Участие в испытаниях и сдаче ОТК и ПЗ комплекса аппаратуры 17Р71, 2002 г.

5. Для разработки типового модуля вторичной обработки цифровой системы сбора и обработки радиочастотных сигналов, 2003 - 2004 г.г.

Указанные работы проводились на кафедре №29 «Управляющие интеллектуальные системы» Московского инженерно-физического института (государственного университета).

Реализация результатов работы. Методика создания структуры комплексных унифицированных средств для обслуживания управляющих систем на этапах от изготовления до окончания эксплуатации использована при создании БСК 17Р71 для КА 11Ф644.

Создан, прошел испытания и опытную эксплуатацию стенд для решения задач обслуживания системы БСК 17Р71.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на конференциях: «Микроэлектроника и информатика - 98» (Зеленоград. 1998 г.), «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань, 1999 г), на международном технологическом конгрессе «Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения» (Омск, 2001 г.), научной сессии МИФИ-2003 (Москва, 2003 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и 5 приложений. Работа в целом содержит 123 страницы текста, включая 4 таблицы, 26 рисунков, список использованных источников из 74 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Автоматизированные системы обработки информации и управления (АСОИУ) обеспечивают сбор информации, ее обработку, непосредственную выдачу управляющих воздействий на объект управления, представление результатов обработки информации оператору для принятия решения по управлению или для других целей. Несмотря на различия в назначении и выполняемых функциях, АСОИУ разных типов объединяет группа задач, которые обязательно должны решаться в каждой системе -это задачи обслуживания системы.

Анализ этапов жизненного цикла системы показал, что задачи обслуживания необходимо решать на всех этапах жизненного цикла системы, начиная от се изготовления и до окончания эксплуатации.

Изучение существующих подходов к решению задач обслуживания показало, что они предусматривают разработку уникальной аппаратуры и программного обеспечения на различных этапах жизненного цикла системы. Известные подходы не позволяют избежать итераций - возвращении на этапы разработки новых электрических и монтажных схем, изготовления новых печатных плат, проведения монтажа в случае обнаружения алгоритмических ошибок. На этапе эксплуатации известные подходы не позволяют решить задачу реконфигурирования электрических схем модулей без изменения монтажных схем в случае выявления алгоритмических ошибок, введения новых режимов или обеспечения живучести при возникновении отказов отдельных узлов. Решение задач тестирования на этапе эксплуатации требует введения в структуру системы более чем 20% аппаратурной избыточности и (или) запаса по производительности.

Таким образом, сделан вывод о необходимости разработки таких методов создания унифицированных средств, которые позволят использовать одно и го же оборудование для решения всех задач обслуживания на панах ог изготовления до окончания эксплуатации ЛСОИУ.

В работе показано, что применение унифицированных средств позволит получить ряд преимуществ:

сокращение времени разработки системы; экономия материальных ресурсов на создание и эксплуатацию системы;

появляется возможность однократной разработки унифицированного стенда для решения задач технологического контроля, конфигурирования, реконфигурирования и тестирования различных систем.

Условиями применения унифицированных средств будут следующие:

все модули системы необходимо проектировать с учетом размещения на них дополнительного оборудования для обеспечения доступа с управляющего процессом тестирования устройства - это может быть как стенд, так и выделенный тестирующий модуль; при этом объем допол-

нительного оборудования не превышает 15-20% от общего объема оборудования.

должны соблюдаться сформулированные условия подключения электронных компонент в схеме.

В основе предложенного в работе подхода к решению задач обслуживания АСОИУ лежат принципы, заложенные в технологии граничного тестирования JTAG IEEE 1149.1-90.

Проведенный анализ основных возможностей технологии JTAG, позволил выделить функции, обеспечивающие решение поставленной задачи с помощью унифицированного подхода. Технология JTAG предоставляет возможность объединения микросхем (МС) модулей системы в цепи, при этом доступ к цепи таких МС осуществляется таким же образом, что и к одной МС, содержащей в своем составе JTAG (JTAG-устройство). Цепи могут состоять из МС как одного, так и нескольких модулей. Доступ к каждой цепи осуществляется стандартным, одинаковым для всех цепей способом. Это обстоятельство позволяет использовать универсальное дополнительное оборудование для организации процесса выполнения различных операций с цепями. В качестве дополнительного оборудования может выступать как внешнее устройство управления процессом обслуживания - то есть однократно созданный стенд, так и выделенный и специально спроектированный для этих целей модуль системы - при необходимости решения этой задачи в автономном режиме. Связь МС цепи с оборудованием стенда или с оборудованием выделенного управляющего модуля организуется при помощи унифицированного оборудования. Доступ к внутрикристальным структурам, внешним связям между МС модулей и межмодульным связям также осуществляется унифицированным образом.

Рассматриваемые аппаратурные средства системы представлены совокупностью взаимосвязанных блоков, каждый блок представляет собой конструктивно оформленный набор монтажных плат - модулей, на которых размещаются элементы, предназначенные для выполнения возложенных на модуль функций: МС БИС, МС логики низкого уровня интеграции и пассивные компоненты

В рсмультате классификации аппаратурных средств блока выделено два типа аппаратуры: функциональная и обслуживающая. Обслуживающая аппаратура предназначена для выполнения задач режима обслуживания, а именно для организации доступа к внутрикристальным структурам, внешним связям между компонентами на модулях и межмодульным связям Обслуживающие средства доступа делятся па аппаратурные и программные.

Для построения аппаратурных унифицированных средств предложено разделить их по выполняемым функциям на следующие группы:

1. Аппаратурные средства управления доступом (ЛСУД). АСУД могут быть как внутренние — когда они размещены внутри обслуживаемого блока - на модулях (УУД), так и внешние - когда они размещены вне блока, например, на стенде, используемом при наладке и проведении испытании.

2. Средства обмена:

а) для организации связи с внешним устройством управления доступом (стенд);

б) для организации межмодульных связсП - УО.

3. Средства хранения;

4. Средства коммутации.

В работе предложен метод формализации описания структуры ап-napaiypiibix средств системы и унифицированных средств и сформулированы требования к сфуктуре и компонентам модуля для успешною решения задач обслуживания.

Система состоит из некоторого набора блоков, к каждому из которых должен быть организован независимый доступ. Обслуживаемый блок состоит из некоторого множества модулей, количество которых М. Каждый модуль содержит множество JTAG-устройств (Ули,), которые должны быть объединены в некоторое множество цепей для обеспечения доступа к внутрикристальным структурам, внешним связям между компонентами и межмодульным связям модуля. Каждое Ули; может входить только в одну такую цепь. Каждый модуль характеризуется ресурсом имеющейся на нем свободной площади для размещения УУД и УО, используемых при организации межмодульных цепей, состоящих, в свою очередь, из JTAG-

устройств различных модулей. Для организации процесса доступа к блоку необходимо разместить на имеющемся суммарном ресурсе свободной площади модулей блока достаточное для обслуживания блока количество УУД и УО. Для обслуживания некоторым образом сформированной цепи ГГАО-устройств (в дальнейшем цепи) потребуется одно УУД. если цепь внутримодульная. и одно УУД и удвоенный комплект УО (по одному на каждый из модулей), если в цепи присутствуют межмодульные связи. То есть, одна цепь не должна обслуживаться несколькими УУД, а при появлении межмодульной связи необходимо дополнительно обеспечить прием и передачу сигналов между модулями.

Для управления процессом обслуживания в блоке должен присутствовать модуль, содержащий устройство, которое названо устройством управления сервисными функциями (УУСФ). УУСФ обеспечивает выдачу команд и установку режимов работы для УУД на модулях блока, а также проводит опрос результатов проведения операций и принимает решения о реконфигурации или переключении резерва. Для связи с УУД на модулях необходимо обеспечить межмодульную связь между УУД и УУСФ. то есть разместить одно УО на модуле с УУД, а второе - на модуле с УУСФ: Модуль с УУСФ не входит в рассматриваемое множество модулей, для которых предполагается решать задачу создания унифицированных средств.

Если на 1-м модуле У я \о объединены в внутримодульных цепей, то требуемое количество УУД для обслуживания этих цепей, очевидно, равно а общее количество на модуле 1 равно находящееся

на ьм модуле обозначено как Уп41,('.г). / = 1,М-г = •

Внутримодульная цепь обозначена через СО.]), | = /,Л/«у = 7,«/ • В работе сформулированы и обоснованы следующие правила построения внутримодульных и межмодульных цепей устройств.

Постулат 1. ГГАО-устройства могут быть включены во внутримо-дульную цепь в любой последовательности.

Постулат 2. Первой из внутримодульных цепей, входящих в межмодульную, подключается цепь, находящаяся на одном с УДД модуле.

Постулат 3. Если на модуле может быть размещено УУД. то оно должно быть подключено к цепи этого же модуля, если такая существует.

Постулат 4. Внутримодульныс цепи могут входить в межмодульные в любой последовательности.

Размешенное на /-м модуле </-е УУД обозначено через УУД(ц,1). у - I д . Размещение УУД(([,1) с точки зрения межмодульной цепи формализуется путем введения направления связи между модулями. Если УУД размещено на модуле а продолжение тестируемой цепи находится на модуле ь, то связь между модулями // и Л задается направленным ребром, исходящим из ¡1 и входящим в Л (рис. 1).

Свяи> между внуфимодульпыми цепями ('(¡.¡) разных модулей при ориппиашш межмодульной иепн Ч'fC.fi) - IV[С'(/./), ¡Ш,.// 'л/.^/ «алана в виде функции Щи^ь ':• 7:' такой, что

Ж'| »71 •':•./:)=

I, если цепь связана с и УУД установлено на модуле ¡, или найдутся /.у такие, что /ф'„/'./%.у\)= 1; О,в противном случае.

Требуемое количество ЛСУД для блока определено как

/»I /1=112x1/!•!

Модуль характеризуется свободной площадью, на которой можно размещать оборудование, необходимое для тестирования - .9,. а тестирующее устройство - занимаемой площадью 5м,/. Предельное количество УУД, которое можно разместить на модуле /, равно

Нуул, = Е

X.

где Е[а] - целая часть а.

Суммарное количество УУД, которое можно разместить на модулях блока равно

л/

У ДБ пик

1=1

Зууд

В том случае, если N < N необходимо вводить допол-

УКИ'тк УКи>

нительные, модули под размещение недостающих УУД.

Связь-УУД и УУСФ представляется в-виде функции у а,/) такой.

что

\,если на модуле /' /{¡, /) = ■ установлено УУД, подсоединенное к цепи /

О, к противном случае Тогда общее количество связен УУД-УУСФ в блоке равно количеству УУД блока:

.„«•,. = 11 г(и)

Кроме того, в случае, если для модуля не все величины Р('i-.ii, = 0, возникает необходимость установки УО. обеспечивающего обмен между модулями. По аналогии с УУД(ч,/7, р-ос УО , размещенное на 7-м модуле, обозначено через УО(рл), р -Т^р^ а площадь, требуемая

под размещение УО — 8у(>.

Количество УО блока определяется, исходя из удвоенного количества »сходящих межмодульных связей и связей с УУСФ: А/ Jl ■ • А/ Л/ А- Л->

НУОБ = I ЫиЫЪ I I 'I№,./.,'2>У2)-

■ . /=]у=1, . - г „ _./|=]/2=1у,-172=1 -

Требуемая суммарная площадь под размещение тестирующего

оборудования блока определяется следующим образом:

Целесообразно минимизировать аппаратурные затраты на тестирующее оборудование, что в предложенной постановке автоматически приводит к критерию минимума занимаемой оборудованием площади:

{с.р\

Задача построения структуры средств обслуживания решается в условиях габаритных и временных ограничений. Во-первых, существует ограничение на минимальную свободную площадь, предоставляемую модулем для размещения тестового оборудования - она должна позволять разместить количество УО, равное количеству внутримодульных цепей:

Во-вторых, аппаратурные средства для обслуживания могут быть тазметттены только на своболной плотттали молулей. то есть: (У\

Временные ограничения заключаются в том, что обслуживание сформированных внутримодульных цепей, должно быть проведено в заданное время, особеншз это касается систем реального времени:

. где. УзЛ(„1СП, 6,- времени записи бита в регистр ГГАО устройства, - количество устройств в цепи

13

/.,„,....... - длина .ГГАО регистра данных А-го устройства.

Л'д - количество переустановок регистра данных к-го устройства, необходимого для записи контрольных данных,

Мд - количество переустановок регистра данных А-го устройства, необходимого для считывания контрольных данных,

тах {Т.} ~ максимальное время выполнения примера по всем

устройствам цепи \У(С,Р),

Тц; - допустимое время проведения операции тестирования.

При формулировании задачи необходимо, чтобы во внутримодуль-ные и межмодульные цепи были объединены все У,ггдс всех модулем олокз;

3 С(/,у):УЛ41;(/.г)еС(/.у) V/- 6Я„/ = ПТУ • (5) Учитывается условие, что каждое Уядо. блока может входить только в одну цепь:

У,шМ*<-%]х) 11 если у, еЛ(,/= 1Л7. (6)

С учетом (2)-(6), можно записать задачу оптимизации с ограничениями в виде: (7)

Л' = ГШП 1 Х-А Ч^п;'/-2^)

Л/ Л/ ■/'! \/ ■>,

< 1/-1

Ф\тГ*т) 12Ж/)}:

I

К1

\1 •'■;>

Л - X к/'|) +

/;=1/2=1

/= Гл7;

м

21 ХА'к/г'-ЛМХЯ'"|./)

/-1

< л;.

итнI м

ЛЛ^+Л/^) + тах !Тк!<Т„;:

ы *

УУ//;к;(/.;•) ЗС(/.у):У//;4<;(/,г)бС(/,у) Уге^, /= и/; У/^МеС'^,) г/ У///|(;(/,/•)€С (/.у,), есл/у, #/,, Уге Я;. /= 1.ЛЛ

Таким образом, необходимо найти такое объединение всех JTAG-устройств во внутримодульные и межмодульные цепи, чтобы обеспечить минимальный объем тестирующего оборудования при условии, что оно может быть размещено только на свободной площади каждого модуля, ко-

торая дает возможность разместить как минимум по одному устройству обмена на цепь, и время выполнения теста блока не превышает заданное время тестирования блока. При этом необходимо учитывать, чтобы во внутримодульные и межмодульные цепи были объединены все JTAG-устройств всех модулей блока, а каждое JTAG-устройство блока может входить только в одну цепь.

Математическое решение состоит в нахождении бинарных коэффициентов р. обеспечивающих минимум критериальной функции при соблюдении ограничений.

Очевидно, что с точки зрения технологии и надежности, в результате формального решения поставленной задачи может быть получено нежелательное решение, в котором будет велик процент межмодульных связей. Известно, что качество функционирования системы и в первую очередь ее надежность имеют обратную зависимость от количества взаимосвязей между модулями. Рост количества связей в свою очередь сопряжен с ростом количества цепей и ростом количества УУД, имеющих свои межмодульные связи с УУСФ.

Следовательно, целесообразно переформулировать задачу (7), то есть решать задачу минимизации количества занимаемой площади при условии минимума межмодульных связей при заданных ограничениях на свободную площадь модулей (для размещения необходимого количества УУД и УО) и при удовлетворении временных ограничений на проведение операций обслуживания:

М К! •'<! \1 ■>, |

ЕЕ I 1А'|.У1.Ь,У2)+1 1Ж/) +

к=

П11П ('

Яуу.1 Ъ1, т1"

1-1

ИЛ

(=!/-! I

(

\1

$уу.1 -1

о

м

21 1Д'1^р'2г/2)+1И'1-7)

/ = 1,А/;

к1у

^штннонта^-Х' диннн

г Л^+Л/^+тах {Тпр,ШЧЧ1 к / < Ти-

УУ1П(,(и) ЭС(и):Умм,(и)еС{и) Уге/?, /= 1 ,Л/; ^ У//;и:(/.,)еС(/.7|) " УлАч{'.г)еС{Цеслиу, /= 1,Л/.

Далее, в работе подробно рассмотрены причины образования межмодульных цепей, сформулировано и доказано следующее утверждение.

Утверждение

Исключение одного УУД путем образования новой межмодульной цепи ХГАв не приводит к изменению общею количества межмодульных связей.

Следствием этого утверждения являемся уменьшение значения критерия после удаления УУД и создания межмодульной связи. Из него также следует, что общее количество межмодульных цепей зависит от разбиения всех устройств на цепи внутри модулей. Решению с минимальным количеством межмодульных цепей соответствует ситуация, когда на все ЛАв-устройства модуля объединены в одну внутримодульную цепь, а решению с минимальными затратами по площади тестирующего оборудования - когда все внутримодульные цепи объединены в одну межмодульную.

Методика создания структуры унифицированных средств для обслуживания управляющих систем.

Для нахождения оптимальной структуры унифицированных средств предложена методика создания структуры унифицированных средств обслуживания, включающая следующие компоненты.

1. Формирование внутримодульных цепей.

2. Формирование межмодульных цепей.

3. Размещение полученной структуры на свободной площади модулей

4. И зменение полученной структуры унифицированных средств.

Для получения рациональною варианта разбиения на внугрпмо-

дульные и межмодульные цепи область поиска можем бы и» значшелыю сокращена за счет использования предложенного в работе жрисшчеекою алгоритма.

I. Формирование внутримодульных цепей. В работе принят показатель загрузки, требуемой цепью С(Ц) от УУД, полученный из ограничения на обслуживание цепи по времени (4): ^

При построении цепей для каждого модуля с учетом (8) образуется иерархически упорядоченное множество цепей по показателю загрузки, то есть вначале из всех возможных вариантов строится цепь с максимальным показателем загрузки. Использованные в построенной цепи УЯАО исключаются из дальнейшего рассмотрения, а из оставшихся строится аналогич-

ным образом новая цепь по показателю загрузки. Процесс продолжается до момента, когда все Уялб модуля будут исчерпаны.

Такой подход позволяет образовать минимальное количество цепей на модуле.

При образовании иерархически упорядоченного множества цепей на отдельном модуле целесообразно применять методы перебора вариантов, так как количество УХГАО на модуле сравнительно невелико и лежит в пределах от 2 до 10.

2. Формирование межмодульных цепей. Организуются межмодульные связи для цепей 1У(С,0). С учетом доказанного утверждения, объединение внутримодульных цепей в межмодульную не ухудшает критерий в смысле количества межмодульных связей, но улучшает в смысле занимаемой тестирующим оборудованием площади. Для этого объединяются сформированные на предыдущем шаге цепи разных модулей с учетом ограничения по загрузке (8). Загрузка межмодульной цепи рассчитывается следующим образом:

Результатом выполнения этого этапа является оптимальная в смысле предложенного критерия структура, удовлетворяющая временным ограничениям.

3. Размещение подученной структуры на свободной площади модулей. Осуществляется попытка размещения полученной на предыдущих этапах оптимальной структуры оборудования на свободной площади модулей. Результатом этого этапа может быть или успешное размещение оптимальной структуры и окончание процедуры создания структуры унифицированных средств, или вывод о недостаточности ресурса свободной площади на модулях.

4. Изменение полученной структуры унифицированных средств. Этот шаг выполняется в том случае, если полученную на втором этапе структуру не удалось разместить. Для этого выполняется размещение не поместившихся УУД на доступном свободном месте модулей, или, при необходимости, увеличивается ресурс свободной площади блока за счет введения дополнительного модуля специально под УУД. Очевидно, такое размещение приведет к созданию дополнительных межмодульных связи, то есть значение критерия в смысле минимума межмодульных связей ухудшится. Однако такая операция дает минимальное возможное ухудшение и приводит к такому решению задачи, которое при минимальном ухудшении критерия будет удовлетворять всем существующим, в задаче ограничениям.

Для решения поставленной в работе задачи создан программный модуль разбиения на цепи, который реализующий разработанный алго-

ритм. Так, для блока, состоящего из 10 модулей, каждый модуль содержит от 2 до 6 YJIAG» время поиска решения составило 2,4 мин для процессора Pentium III - 800 МГц, объем ОЗУ - 512 МБ.

Проведенный в работе анализ позволил выделить из множества задач, решаемых в АСОИУ, класс задач обслуживания и провести его декомпозицию. Сюда отнесены: технологический контроль, конфигурирование, реконфигурирование и тестирование. Практическая реализация каждой задачи обслуживания рассмотрена отдельно.

Технологический контроль. Технологический контроль применяется на этапе изготовления и наладки блока. Он позволяет осуществить контроль качества изготовления модулей и межмодульных соединений. На этом этапе целесообразно проводить контроль с использованием внешних АСУД, то есть с использованием специально разработанного стенда для доступа. Образованные JTAG цепи в этом режиме используются совместно с системой обмена стенда. Это связано с тем, что, во-первых, на данном этапе можно не учитывать ограничения на временные затраты при проведении операции, и, во-вторых, объемы тестирующих программ и данных для поиска ошибок могут существенно превышать объемы устройств хранения, размещенные на модулях для хранения данных по функциональным тестам.

Выделены следующие функции стенда при выполнении технологического контроля:

1) обеспечение связи но JTAG со средствами обмена па модулях:

2) формирование и хранение данных для доступа к внешним связям между компонентами модуля и межмодульным спягям;

3) проведение сеанса контроля;

4) анаши н вывод оператору результатов проиедешим о контроля.

Технологический контроль предполагает возможность проверить

правильность подсоединения и работоспособность JTAG устройств, МС окружения, кластеров, а так же электрических цепей на печатной плате, обеспечивающих связи между компонентами.

На теоретическом уровне задача технологического контроля решается с использованием известных методов. Однако на практике реализация требует необходимости разработки средств анализа файлов описания электрических соединений компонент модуля, то есть разработки алгоритмов, а также программных и аппаратурных средств. Реализация этих средств представляется в работе как составная часть практической реализации комплекса программно-аппаратурных средств, обеспечивающих решение задач обслуживания. Данный комплекс включает в себя аппаратурные унифицированные средств на модулях, измерительный стенд, программные средст-

ва стенда и программные средства решения задач обслуживания в автономном режиме.

В качестве измерительного стенда используется персональный компьютер (ядро), к которому через унифицированные средства стенда (УССт) подключен контролируемый модуль. УССт предназначены для осуществления интерфейса между параллельным портом ПК и электронными устройствами, поддерживающими стандарт тестирования JTAG. На ПК стенда обеспечивается программная поддержка УССт с помощью программного модуля технологического контроля. На плате модуля выполнена поддержка УССт, реализованная в виде унифицированного разъема и дополнительных проводников, обеспечивающих коммутацию цепей Уп\о-Протокол между УССт и модулем реализован аппаратурно на микросхеме SN74LVT8980 Texas Instruments Inc. Существуют два основных режима работы УССт — эмуляция стандартов фирменного оборудования для программирования ПЛИС, поддерживающих стандарт JTAG, и обеспечение скоростного JTAG интерфейса при использовании встроенного в УССт JTAG контроллера SN74LVT8980.

Программный модуль технологического контроля позволяет формировать структуры данных для работы с цепью JTAG устройств, основываясь на использовании стандартизованных файлов, полученных из автоматизированных систем проектирования электронных устройств.

Методика технологического контроля содержит ряд этапов. На первом этапе проходит проверка правильности функционирования JTAG устройств цепи. На следующем этапе оператору предлагается выбрать множество электрических цепей для контроля. Далее возможен технологический контроль кластеров и МС окружения с использованием словаря неисправностей.

Программный модуль технологического контроля предоставляет широкие возможности по сохранению результатов проведенного контроля в отчеты, которые отображаются на экран оператору и могут быть сохранены на диске в виде файлов.

Конфигурирование и реконфигурирование. Конфигурирование и реконфигурирование проводятся как на этапе наладки, так и на этапе эксплуатации, при возникновении необходимости изменения кодов внутрикристальных структур для ПЛИС или исполняемых кодов программ процессора. .

Конфигурирование внутрикристальных структур может быть проведено двумя способами в зависимости от технологии изготовления ПЛИС - это занесение информации во внешнюю либо во встроенную flash-память кристалла ПЛИС. Для решения задачи конфигурирования ПЛИС в работе реализовано два пути записи информации: непосредственно в кристалл;

- зо flash-память, подключенную к ПЛИС как окружение.

Для выполнения конфигурирования разработан программным модуль конфигурирования (ПМК).

Одной из функций ПМК является ввод и отображение содержимого файлов объектных кодов программ и данных (в дальнейшем объектных файлов) и файлов, содержащих данные описания внутрикристальной структуры ПЛИС. Файлы объектных кодов программ и данных создаются на этапе компиляции и компоновки связей при разработке программного обеспечения для процессоров, а файлы, содержащие структуры ПЛИС — программами, обеспечивающими создание структур. Существует несколько общепринятых форматов файлов, в которых сохраняются коды и структуры (например, COFF, HEX, DSK и т.д.). Для представления данных в удобном для работы модуля виде в работе используется подсистема конвертирования файлов (конвертеров). В задачи конвертеров объектных файлов входит определение формата поступившего на вход файла, получение из файла управляющей информации, например, число секций памяти.

Подсистема конвертеров поддерживает следующие форматы

файлов:

1) Extended Tectronix НЕХ-файл;

2) Intel НЕХ-файл;

3) DSK-файл;

4) TI Tagged-файл;

5) COFF файл для сигнальных процессоров.

ПМК обеспечивает конфигурирование внутрикристальных структур, заданных в виде SVF-файлов, которые ориентированы на описание поведенческой модели работы механизма |раничною сканирования. Формат SVF был разработан компаниями Teradyne и Texas Instruments для обеспечения переносимости тестовых векторов. SVF-файлы формируются программами САПР на этапе разработки структур ПЛИС.

Тестирование. Тестирование проводится как на этапах наладки и тестирования, так и на этапе эксплуатации. Этапы наладки модулей проводятся под управлением стенда. Этап эксплуатации подразумевает автономную проверку корректности выполнения возложенных на устройства модуля функций, то есть проверка проводится без участия стенда силами УУД. В общем случае процесс контроля осуществляется посредством решения на устройствах модуля контрольных примеров.

Основные функции программного модуля тестирования (ПМТ) следующие:

формирование структур данных, описывающих контролируемую JTAG-цепь

формирование структур данных, описывающих МС окружения контролируемых ЛАв-устройств;

хранение и загрузка в память ПМТ ранее сформированных стр>кт>р для работы с цепями и ЛАв-устройств;

выбор-оператором контрольного примера и загрузка в МС окружения ЛАв-устройства данных примера;

считывание из МС окружения ЛАв-устройства результатов выполнения контрольного примера;

сравнение результата с эталоном и отображение результатов контроля оператору. Сохранение результатов на жесткий диск. >

Программный модуль тестирования для УУД на модуле повторяет основные функции ПМТ для стенда.

Для оценки экономической эффективности предложенной методики создания унифицированных средств обслуживания предложено сравнить два варианта построения системы - без применения методики создания структуры унифицированных средств обслуживания, и с применением указанной методики. Рассматриваются этапы жизненного цикла системы с момента разработки до окончания эксплуатации и сравниваются затраты на реализацию каждого из этапов по обоим вариантам построения.

В обоих случаях разрабатывающие организации обладают одинаковыми основными фондами и имеют одинаковый уровень разработки Гогда затраты на разработку системы в обоих вариантах примерно одинаковые. Однако на всех последующих этапах - изготовления, наладки, тестирования и эксплуатации - применение унифицированных средств обслуживания обеспечивает значительное снижение затрат. Оценка проиллюстрирована результатами, полученными на практике при создании двух функционально похожих систем, одна из которых была создана с применением разработанной методики. При этом суммарное снижение затрат на изготовление, наладку и тестирование системы составило порядка одного миллиона руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В работе впервые разработан подход, обеспечивающий решение задач обслуживания системы на этапах жизненного цикла от изготовления до окончания эксплуатации, с использованием унифицированного оборудования.

2. Сформулирована задача создания структуры комплексных унифицированных средств для решений зада обслуживания. В качестве критериальной функции предложена оценка занимаемой унифицированными средствами площади.

3. Впервые решена задача создания структуры комплексных унифицированных средств для решения задам обслуживания.

4. Результаты положены в основу методики создания структуры комплексных унифицированных средств, реализованной в виде комплекса программ.

5. Выработаны требования к аппаратурным средствам системы для успешного применения методики.

6. Разработан комплекс программно-аппаратурных средств для решения конкретных сервисных задач с использованием комплексных унифицированных средств.

7. Разработанная методика применена на практике при проектировании системы унифицированных средств при разработке бортового специализированного комплекса 17Р71 для КА 11Ф644.

8. Был создан, прошел испытания и опытную эксплуатацию программно-аппаратный комплекс для решения задач обсл>живания системы БСК17Р71.

Публикации по теме диссертации:

1. Бабич О.В., Заева М.А., Зорин А.Л., Решетько В.М. Прибор для измерения акустического волнового сопротивления и кинематической вязкости жидкости. Сборник докладов международного научно-технического семинара «Системы контроля окружающей среды», стр. 68-72, Севастополь, 1998.

2. Засва М.А., Решетько В.М. Разработка аппаратных средств для вычисления отсчетов фазового спектра. Конференция «Микроэлектроника и информатика - 98», Тешсы докладов, стр. 45-46. Ml 10 Г. 1998.

3 Засва М.А., Решетько В М. Система проектирования приборов ил базе PLD с использованием интерфейса JTAG. Конференция «Новые информационные технологии в научных исследованиях и н образовании», Тезисы докладов, стр. 123-126, Рязань, 1999.

4. Заева М.А., Новичихин В.Н., Осипов А.А. Многопользовательская интерактивная видеосистема. Конференция «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» Тезисы докладов, стр. 230-234, Рязань, 2000.

5. Бабич О. В., Заева М.А., Зорин А. Л., Решетько В. М. Программно-аппаратная система для реконфигурированпя, контроля работоспособности и тестирования цифровых средств обработки на базе интерфейса JTAG. Международный технологический конгресс «Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения», Сборник докладов технологического конгресса, стр. 341 -344, Омск, 2001.

6. Заева М.А., Зорин А. Л., Решетько В. М. Подход к решению задачи

доступа к внутримодульным и межмодульным структурам. Научная

сессия-МИФИ-2003. Сборник научных трудов, том 12, стр. 81-82,

Москва, 2003.

Личный вклад:

Личный вклад представляется соответственно по позициям вышеперечисленного списка литературы.

[1] - Изложены вопросы построения программной части стенда для проведения технологического контроля качества изготовления аппаратурных средств с использованием ЛАв.

[2] - Изложены вопросы создания программных средств конфигурирования и реконфигурирования цифровых средств для вычисления отсчетов фазового спектра.

[3] - Изложены основы методики построения систем с использованием интерфейса ЛАв.

[4] - Изложены вопросы построения модуля для конфигурирования и управления аппаратурными средствами видеосистемы.

[5] - Изложены вопросы построения программных модулей системы для реконфигурирования, контроля работоспособности и тестирования цифровых средств обработки.

[6] - Изложены основные подходы к построению структуры унифицированных средств для обслуживания управляющих систем и выполнена ее программная реализация.

Подписано в печать 8.09.04 Формат 60x84 1/16.

Печ.л. 1,5 Тираж 100 экз. Заказ № 706

Типография МИФИ. 115409, Москва, Каширское ш., 31

»1636»

Условные обозначения и сокращения.

Введение.

1. Анализ задач обслуживания АСОИУ на различных этапах жизненного цикла и подходов к их решению.

1.1. Анализ задач обслуживания АСОИУ.

1.2. Анализ подходов к решению задач.

1.3. Анализ организации и возможностей использования функций JTAG для решения задач обслуживания.

1.3.1. Организация JTAG регистров.

1.3.2. Команды JTAG.

Выводы.

2. Формальное описание аппаратурных средств системы и структуры комплексных унифицированных средств.

2.1. Требования к структуре и компонентам модуля.

2.2. Классификация аппаратурных средств блока.

2.3. Анализ стадий выполнения задач обслуживания.

2.4. Формальное описание структуры блока и комплексных унифицированных средств.

2.5. Критериальная функция.

2.6. Анализ критерия.

2.7. Анализ ограничений.

Выводы.

3. Постановка и решение задачи создания структуры унифицированных средств обслуживания управляющих систем на этапах жизненного цикла.

3.1. Формальная постановка задачи создания унифицированных средств.

3.2. Решение поставленной задачи.

3.3. Методика создания структуры унифицированных средств обслуживания.

3.4. Программная реализация методики.

Выводы.

4. Разработка средств, обеспечивающих решение задач обслуживания.

4.1. Технологический контроль.

4.1.1. Подход к решению задачи технологического контроля.

4.1.2. Практическая реализация предложенного подхода с использованием измерительного стенда.

4.1.2.1. Унифицированные средства связи измерительного стенда со средствами обмена на модулях.

4.1.2.2. Формирование и хранение данных для доступа к внешним связям между компонентами и межмодульным связям.

4.1.2.3. Проведение сеанса контроля.

4.1.2.4. Анализ и вывод оператору результатов проведенного контроля.

4.1.2.5. Контроль МС окружения и кластеров.

4.2. Конфигурирование и реконфигурирование.

4.2.1. Виды входных файлов ПМК для записи во flash-память.

4.2.2. Особенности алгоритма записи во flash-память.

4.2.2.1. Таблица соответствия контактов и ее использование.

4.2.2.2 Служебные последовательности.

4.2.2.3. Алгоритм выполнения команды.

4.2.3. Конфигурирование.

4.2.4. Конфигурирование внутрикристальной flash-памяти. SVF-файл и его выполнение.

4.3. Тестирование.

4.3.1. Реализация модуля тестирования для стенда.

4.3.2. Реализация модуля тестирования для УУД.

4.4.Требования к техническим характеристикам персонального компьютера, используемого в качестве стенда.

4.5. Оценка экономической эффективности применения методики создания унифицированных средств обслуживания управляющих систем.

Выводы.

Актуальность проблемы.

Среди проблем, решаемых разработчиками систем, есть группа специфических задач, решение которых напрямую не связано с достижением целей, для которых создается системы. Однако, без решения этих задач не обходится ни одна система. Это задачи обслуживания системы. Этапы изготовления и наладки сопряжены с необходимостью контроля качества изготовленных составных частей системы - модулей, записи информации о структуре в программируемые логические интегральные схемы и исполняемых кодов программ в память процессоров, а также проверки правильности выполнения задач оборудованием системы. В это же время, возможно выявление алгоритмических ошибок или недостатков, что потребует внесения изменений в структуры, заложенные в программируемые интегральные схемы и изменение исполняемых кодов для процессоров. В процессе эксплуатации одним из важных моментов является проверка работоспособности оборудования — тестирование системы. Для решения задач обслуживания обычно применяются специально разработанные для данной системы вспомогательные технические и программные средства. Разработка этих средств - дорогостоящая и требующая затрат времени задача. Причем разработка вспомогательного оборудования и программного обеспечения, как правило, выполняется каждый раз при разработке новой системы или значительном изменении уже созданной. Следовательно, один из путей повышения эффективности разработки и обслуживания системы -разработка такого вспомогательного оборудования и программного обеспечения, которое бы позволило решать задачи обслуживания для целого ряда систем, а не для каждой системы в отдельности, при этом одно и то же вспомогательное оборудование позволяло бы решать весь спектр задач обслуживания. Таким образом, возникает необходимость разработки универсальных средств для решения задач обслуживания системы на разных этапах жизненного цикла.

Проблема создания вспомогательного оборудования и программного обеспечения для решения вопросов обслуживания электронных компонент широкого класса систем не нова. В 1985 году ведущие производители электронных компонент, такие как IBM, AT&T, Texas Instruments Inc., Philips Electronics NV, Siemens, Alcatel, Ericsson, объединились, чтобы найти унифицированное решение проблемы тестирования микросхем. Эта группа (JTAG - Joint Test Action Group) разработала стандарт граничного тестирования, который в 1990 году был принят в качестве промышленного IEEE 1149.1-90 (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Однако, со временем, стандарт граничного тестирования нашел применение и в других областях обслуживания электронных компонент, таких как программирование и изменение структуры микросхем. Это связано с распространением микросхем с изменяемой структурой. Начали появляться новые технологии, которые позволяли проводить программирование уже после монтажа микросхем, а также вносить схемотехнические изменения в структуры, закладываемые в кристалл микросхемы, на этапах наладки и эксплуатации устройства. Технология граничного тестирования, благодаря возможности доступа к внутрикристальным структурам, позволила наряду с тестированием проводить и операции по программированию и реконфигурированию в системе.

Использование технологии, основанной на JTAG, обеспечивает решение задач изготовления, наладки, тестирования на предэксплуатационных этапах и выполнение функций контроля, тестирования, а в случае необходимости, реконфигурирование системы в процессе эксплуатации без изменения состава и взаимосвязей в оборудовании. Полученные на основе системного анализа технические оценки и практика построения автоматизированных систем показывают необходимость использования единого подхода для решения задач обслуживания. Это позволит сделать систему более эффективной с точки зрения материальных и временных затрат за счет ухода от уникальности обслуживающего оборудования и необходимости его разработки для каждой новой системы и для каждой задачи обслуживания. Решение этих задач может быть обеспечено с помощью разработки структуры унифицированных средств для решения задач обслуживания управляющих систем на этапах жизненного цикла от изготовления до окончания эксплуатации.

Целью работы является разработка методов создания структуры унифицированных средств для решения задач обслуживания широкого класса управляющих систем, обеспечивающих снижение затрат на этапах от изготовления до окончания эксплуатации, реализованных в виде методики.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

Проанализировать виды автоматизированных систем обработки информации и управления с целью выделения такого класса систем, для которых целесообразно применение унифицированных средств и соответствующей методики.

Сформулировать требования к аппаратурным средствам системы, позволяющие использовать унифицированные средства.

Провести анализ средств, обеспечивающих возможность применения унифицированного оборудования для решения задач обслуживания. На основании проведенного анализа сформулировать исходные данные для проектирования структуры средств доступа.

Разработать методы и алгоритмы создания структуры унифицированных средств обслуживания управляющих систем на этапах жизненного цикла, решить задачу оптимизации структуры унифицированных средств.

Реализовать разработанные методы в виде методики создания структуры унифицированных средств обслуживания управляющих систем. Оценить основные достоинства и недостатки предлагаемой методики.

Реализовать разработанную методику на практике, создать и внедрить программно-аппаратурный комплекс для решения задач обслуживания. Оценить экономическую целесообразность предложенного решения.

Методы исследования. В работе используется аппарат теории множеств, элементы системного анализа, эвристические подходы при создании рациональных алгоритмов синтеза структуры средств обслуживания, моделирование на ЭВМ, испытания, опытная эксплуатация экспериментальных образцов.

Научная новизна. Развит подход к построению автоматизированных систем обработки и управления в части унификации оборудования для решения задач обслуживания системы.

Выделен класс задач обслуживания автоматизированных систем обработки и управления.

Впервые решена задача создания структуры унифицированных средств, обеспечивающих решение задач обслуживания на этапах жизненного цикла от изготовления до окончания эксплуатации управляющих систем.

Впервые предложен метод создания структуры унифицированных средств обслуживания управляющих систем с использованием технологии, основанной на JTAG, позволяющий решать задачи обслуживания для целого ряда систем, а не для каждой системы в отдельности, при этом одно и то же вспомогательное оборудование позволяет решать весь спектр задач обслуживания.

Впервые предложен рациональный эвристический метод решения задачи построения структуры унифицированных средств.

Практическая ценность. Разработана методика и программа создания структуры унифицированных средств решения задач обслуживания широкого класса систем, а также программно-аппаратурный комплекс для выполнения функций обслуживания в системе. Данный комплекс позволяет решать задачи технологического контроля широкого класса систем, выполнять конфигурирование и тестирование систем на этапах наладки и эксплуатации с использованием унифицированных средств. Разработанный комплекс поддерживает использование стандартизованных файлов, полученных при проектировании в автоматизированных системах проектирования электронных устройств. При проведении обслуживания и наладки с использованием стенда обеспечивается удобный пользовательский интерфейс. Разработаны программные средства для решения задач обслуживания в автономном режиме.

Результаты диссертации использованы при создании системы управления и обработки информации (УПО-М) в составе БСК 17Р71 для КА 11Ф644.

Использование результатов работы.

Результаты диссертационной работы использованы при:

1. Разработке вторичного преобразователя измерителя акустического импеданса и других параметров, 1998 - 2000 г.г.

2. Изготовлении экспериментального образца цифровой системы сбора и обработки радиочастотных сигналов, 20002001 г.г.

3. Разработке средств для реализации цифрового модуля обнаружения, регистрации и выдачи идентификационного кода подвижного состава, 2001-2002 г.г.

4. Работах по настройке подкомплекса УПО аппаратуры 17Р71. Участие в испытаниях и сдаче ОТК и ПЗ комплекса аппаратуры 17Р71, 2002 г.

5. Разработке типового модуля вторичной обработки цифровой системы сбора и обработки радиочастотных сигналов, 2003 - 2004 г.г.

Указанные работы проводились на кафедре №29 «Управляющие интеллектуальные системы» Московского инженерно-физического института (государственного университета).

Реализация результатов работы. Методика создания унифицированных средств для обслуживания управляющих систем на этапах от изготовления до окончания эксплуатации использована при создании БСК 17Р71 для КА 11Ф644.

Создан, прошел испытания и опытную эксплуатацию стенд для решения задач обслуживания системы БСК 17Р71.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на конференции «Микроэлектроника и информатика - 98» (Зеленоград, 1998 г.), конференции «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань, 1999 г), международном технологическом конгрессе «Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения» (Омск, 2001 г.), научной сессии МИФИ-2003 (Москва, 2003 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах. Личный вклад представляется соответственно по позициям списка использованных источников.

1] - Изложены вопросы построения программной части стенда для проведения технологического контроля качества изготовления аппаратурных средств с использованием JTAG.

2] - Изложены вопросы создания программных средств конфигурирования и реконфигурирования цифровых средств для вычисления отсчетов фазового спектра.

3] - Изложены основы методики построения систем с использованием интерфейса JTAG.

4] - Изложены вопросы построения модуля для конфигурирования и управления аппаратурными средствами видеосистемы.

5] - Изложены вопросы построения программных модулей системы для реконфигурирования, контроля работоспособности и тестирования цифровых средств обработки.

6] - Изложены основные подходы к построению структуры унифицированных средств для обслуживания управляющих систем и выполнена ее программная реализация.

Структура работы.

Материал диссертации изложен в последовательности решения основных задач исследования.

Основное внимание в работе уделяется разработке структур унифицированных средств обслуживания управляющих систем на этапах от изготовления до окончания эксплуатации.

В первой главе анализируются методы решения задач обслуживания, рассматриваются вопросы состава цифровых автоматизированных систем обработки информации и управления, определяется круг систем, для которых предлагается решать задачи обслуживания с помощью унифицированных средств, приводится анализ возможностей технологии JTAG.

Во второй главе рассматриваются требования к структуре системы, необходимые для того, чтобы решить задачу построения структуры унифицированных средств предложенным методом, приводится метод формального описания структуры аппаратурных средств системы и унифицированных средств, формулируются ограничения, предлагается и обосновывается критерий.

В третьей главе дается математическая постановка задачи, предлагаются пути решения поставленной задачи. Там же приводится решение поставленной задачи и формулируется методика создания структуры унифицированных средств обслуживания управляющих систем на этапах от изготовления до окончания эксплуатации.

В четвертой главе приводится описание практической реализации предложенной методики. Там же изложены экономические оценки эффективности методики.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и 5 приложений. Работа в целом содержит 123 страницы текста, включая 4 таблицы, 26 рисунков, список использованных источников 74 наименования.

ВЫВОДЫ:

1. Метод реализован на примере разработки средств обслуживания при создании бортового специализированного комплекса для космического аппарата. С его помощью удалось: сформулировать требования к аппаратурным средствам системы; определить габаритные ограничения; определить временные ограничения; определить структуру унифицированных средств обслуживания системы; решить задачи обслуживания системы, возникающие на разных этапах жизненного цикла, с помощью единого подхода.

2. Был создан, прошел испытания и опытную эксплуатацию программно-аппаратурный комплекс для решения задач для решения задач обслуживания системы в составе БСК 17Р71. Комплекс показал высокую эффективность при создании, наладке и обслуживании системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В работе впервые разработан подход, обеспечивающий решение задач обслуживания системы на этапах жизненного цикла от изготовления до окончания эксплуатации, с использованием унифицированного оборудования.

2. Сформулирована задача создания структуры унифицированных средств решения задач обслуживания. В качестве критериальной функции предложена оценка занимаемой унифицированными средствами площади.

3. Впервые решена задача создания структуры унифицированных средств решения задач обслуживания.

4. Результаты положены в основу методики создания структуры унифицированных средств, реализованной в виде комплекса программ.

5. Выработаны требования к аппаратурным средствам системы для успешного применения методики.

6. Разработан комплекс программно-аппаратурных средств для решения конкретных сервисных задач с использованием унифицированных средств.

7. Разработанный метод применен на практике при проектировании системы унифицированных средств при разработке бортового специализированного комплекса 17Р71 для КА 11Ф644.

8. Был создан, прошел испытания и опытную эксплуатацию программно-аппаратный комплекс для решения задач обслуживания системы БСК 17Р71.

1. Заева М.А., Решетько В.М. Разработка аппаратных средств для вычисления отсчетов фазового спектра. Конференция «Микроэлектроника и информатика 98», Тезисы докладов, стр. 45-46. МИЭТ, 1998.

2. Заева М.А., Решетько В.М. Система проектирования приборов на базе PLD с использованием интерфейса JTAG. Конференция «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании», Тезисы докладов, стр. 123-126, Рязань, 1999.

3. Заева М.А., Новичихин В.Н., Осипов А.А. Многопользовательская интерактивная видеосистема. Конференция «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании»

4. Тезисы докладов, стр. 230-234, Рязань, 2000.

5. Заева М.А., Зорин А. Л., Решетько В. М. Подход к решению задачи доступа к внутримодульным и межмодульным структурам. Научная сессия МИФИ-2003. Сборник научных трудов, том 12, стр. 81-82, Москва, 2003.

6. Built-in Self-Test (BIST) Using Boundary Scan, Texas Instruments Inc., SCTA043A, December 1996.

7. Integrated Development Environment, Intellitech Corp., April 2001.

8. Design for Test Access Analyzer, Intellitech Corp., April 2001.

9. IEEE Std 1149.1 (JTAG) Testability Primer. Texas Instruments Inc., SSYA002C, 1997.

10. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. — СПб.: БХВ Санкт-Петербург. — 2000.

11. Хетагуров Я.А. Основы проектирования автоматизированных систем управления (АСУ): Учеб.пособие/ Хетагуров Я.А.,Древе Ю.Г.,Первов В.В.- М.: МИФИ- 1975.

12. Технические средства АСУ: Справочник в 2 т./ Под общ.ред.Кезлинга Г.Б.- JL: Машиностроение, 1986.

13. Управляющие вычислительные машины в АСУ технологическими процессами/ Под ред.Харрисона Т.; Пер.с англ.- М.: Мир Т.2.- 1976.

14. Темников Ф.Е., Афонин В.А., Дмитриев В.И. Теоретические основы информационной техники. -М.: Энергия, 1979.

15. A Look at Boundary Scan From a Designer's Perspective, Texas Instruments Inc., SCTA028, Augast 1996.

16. Design Tradeoffs When Implementing IEEE 1149.1, Texas Instruments Inc., SCTA045A, January 1997.

17. Balancing your design cycle. A practical guide to hw/sw co-verification. URL: http://www.synopsys.com/.

18. Вопросы теории и построения АСУ/ Под ред.Атовмяна И.О.;МИФИ.-М.: Атомиздат. Вып.4: Проектирование надежных систем и оценка их эффективности.- 1980.

19. Хетагуров Я.А. Экономика создания и эффективности АСУ: Учеб. пособие/ Хетагуров Я.А.,Чучкин В.И.- М.: МИФИ, 1986.

20. Радиотехнические системы: Учеб. для вузов/Под ред. Ю.М.Казаринова. -М.: Высшая школа, 1990.

21. Бортовые вычислительные машины и системы: Учеб. пособие для вузов/В .И.Матов, Ю.А.Белоусов, Е.П.Федосеев. Под ред.В.И.Матова.-М.: Высшая школа, 1988.

22. Казначеев В.И. Диагностика неисправностей цифровых автоматов.-М: Советсвое радио,-1975.

23. Ярмолик В.Н. Контроль и диагностика цифровых узлов ЭВМ-Минск: Наука и техника, 1988.

24. Липаев В.В. Надежность программного обеспечения АСУ/ Липаев В.В.- М.: Энергоиздат, 1981.

25. Геллер С.И. Журавлев Ю.П. Основы логического проектирования ЭВМ.-М: Советское радио-1969.

26. АСЕХ IK Programmable Logic Device Family, A-DS-ACEX-3.3, September 2001, ver. 3.3, Altera Corp.

27. APEX 20K Programmable Logic Device Family, A-DS-APEX20K-04.0, February 2002, ver. 4.3, Altera Corp.

28. MAX 3000A Programmable Logic Device Family, A-DS-M3000A-02.0, March 2001, ver. 2.0, Altera Corp.

29. IEEE Std 1149.1 (JTAG) Testability. Texas Instruments Inc. SSYA002C 1997.

30. Product Bulletin. Boundary-Scan Logic. Texas Instruments Inc.32. http://www.jtag.com/.33. www.ieee.org.

31. Universal Scan Tutorial and User Guide, ver 6.0, Ricreations, Inc. October 1,2003.

32. Корпоративный сайт фирмы Texas Instruments Inc http://www.ti.com.

33. Корпоративный сайт фирмы Corelis http://www.corelis.com .

34. Корпоративный сайт фирмы Asset http://www.asset-intertech.com/.

35. Корпоративный сайт Intellitech Corp http://www.jtagtest.com.

36. Корпоративный сайт фирмы Altera http://www.altera.com.

37. Корпоративный сайт фирмы Actel http://www.actel.com .

38. Корпоративный сайт фирмы Xilinx http://www.xilinx.com.

39. Корпоративный сайт National Semiconductor Corporation http ://www.national. com.43. http://www.agilent.com.

40. А. Платунов, H. Постников, А. Чистяков, Механизм граничного сканирования в неоднородных микропроцессорных системах, CHIP NEWS, 1996.

41. Boundary Functional Test, Intellitech Corp., April 2001.

42. Boundary-Scan Intelligent Diagnostics, Intellitech Corp., April 2001.

43. Virtual Interconnect Test, Intellitech Corp., April 2001.

44. Virtual Component and Cluster Test, Intellitech Corp., April 2001.

45. SCBS676C (SN54LVT8980, SN74LVT8980 EMBEDDED TEST-BUS CONTROLLERS IEEE STD 1149.1 (JTAG) TAP MASTERS WITH 8BIT GENERIC HOST INTERFACES — DECEMBER 1996 REVISED AUGUST 1997).

46. ByteBlasterMV. Parallel Port Download Cable. Altera Corp. A-DS-BYTBLMV-01, LO1-05942-00, April 1998, ver 1.

47. TL16PIR552 DUAL UART WITH DUAL IrDA AND 1284 PARALLEL PORT SLLS222A DECEMBER 1995 - REVISED AUGUST 1996, Texas Instruments Inc.

48. ELECTRONIC INDUSTRIES ALLIANCE JEDEC Solid State Technology Association "Standard Test and Programming Language (STAPL)". URL: http://www.jedec.org/.

49. Altera Corporation 1997 "Jam Programming & Test Language Specification". URL: http://www.altera.com/.

50. JTAG Programmer Guide, Xilinx Development System 2000-03-21.

51. ARM Limited 1999 "Using Embedded ICE". URL: http://www.arm.com/.

52. In-System Flash Programming Using Boundary-Scan, JTAG Technologies B.V. 2000-08-03.

53. Implementing FIR Filters in FLEX Devices. Altera Corp., AN073, January 1996, ver.l.

54. JTAG Boundary-Scan Testing in Altera Devices. Altera Corp. Application Note 39, November 1995, ver 3.59. www.intel.com.

55. Memory Products. Flash-Memories. Intel Corp., Order Number 296449002, 1990.

56. AMD. Am29LV200B. Publication 21521, Rev B, July 1998.

57. Am29LV002B 2 Megabit (256 К x 8-Bit) CMOS 3.0 Volt-only Boot Sector Flash Memory, Publication# 21520 Rev: D Amendment/+1, Issue Date: November 13, 2000, AMD Corp.

58. AS7C1026 AS7C31026 5V/3.3V 64K*16 CMOS SRAM, DID 11-20004-*A. 3/8/99, page 107, Copyright ©2000 Alliance Semiconductor. All rights reserved.

59. Serial Vector Format Brochure, Intellitech Corp., April 2001.

60. Использование интерфейса JTAG для отладки встраиваемых систем. Ключев А.О., Коровьякова Т.А., Платунов А.Е. // Изв. вузов. Приборостроение. — 1998. — Т 41, № 5.

61. Craig A. Haller, Macraigor System Inc. The ZEN of BDM. URL: http ://www.macraigor. com.

62. Д.Грис. Конструирование компиляторов для цифровых вычислительных машин. Москва, "Мир", 1975.

63. А.В. Фролов, Г.В. Фролов. Программирование для Windows NT (в 2-х томах). Москва, «Диалог-МИФИ», 1996.

64. Хелен Кастер. Основы Windows NT и NTFS. М.: Издательский отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd», 1996.

65. TMS320C5x С Source Debugger. Texas Instruments Inc., SPRU055B, February 1994.

66. Digital Signal Processing Applications with TMS320 Family. Theory, Algorithms and Implementations. Texas Instruments Inc., 1989.

67. TMS320C5x User's Guide. Texas Instruments Inc., SPRU056C, January 1997.

68. TMS320C2x/2xx/5x Optimizing С Compiler. Texas Instruments Inc., SPRU024D, March 1995.

69. TMS320Clx/2x/2xx/5x Assembly Language Tools. Texas Instruments Inc., SPRU018D, March 1995.

70. Пример реализации УУД на процессоре TMS320VC5402PGE