автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Самодиагностирование программируемых СБИС

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КОВАЛЬ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

САМОДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ СБИС

(05.13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях )

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 1992

Работа выполнена на кафедре математического обеспечения ЭВМ факультета прикладной математики и информатики Белорусского государственного университета.

Научный руководитель : кандидат технических наук,

доцент Н.А.Коротаев Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В.А.Мищенко кандидат технических наук, профессор В.И.Костеневич

Ведущая организация: научно-исследовательский

институт электронных вычислительных машин

Защита состоится "29" декабря 1992 г. в Ю00 часов на заседании специализированного совета К 056.03.14 по присуждению ученой степени кандидата наук в Белорусском государственном университете (адрес: 220080, г. Минск, пр. Ф.Ска -рины,4, главный корпус, ауд.206).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета.

Автореферат разослан 1992 года.

Ученый секретарь специализированного

совета, доктор технических наук

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы. Обеспечение высокого уровня надежного функционирования вычислительных систем приобретает в настоящее время первостепенное значение . Это связано как с увеличением сферы применения вычислительных машин, так и о ответственностью • решаемых голи задач . Одной из важных составляющих достижения высоких показателей надежности ЭВМ является разработка и применение эффективных методов , алгоритмов и программных средств технического диагностирования. Совершенствование технологии про-зводства, появление больших и сверхбольших интегральных схем и связагашй с этим рост сложности задач тестового диагностирования обусловил необходимость пересмотра традиционных подходов при проведении контроля современных дискретных устройств. Одним из многообещающих подходов диагностирования СБИС в настоящее время признан подход , основанный на концепции самодиагностирования, когда контроль технического состояния и правильность функционирования производится за счет встроенных в кристалл автономных средств тестирования.

К числу наиболее универсальных и перспективных представителей современных СБИС относятся программируемые СБИС с матричной архитектурой , позволяющие компоновать систолические матрицы и вычислительные среды , которые будучи регулярными по структуре и однородными по составу обеспечивают гибкость и высокую производительность при решении сложных задач обработки информации. В тожо время проведенный в диссертационной работе анализ показывает, что применение существующих методов самодиагностирования к программируемым СБИС оставляет без учета наиболее существенный фактор таких СБИС - регулярность внутренней структуры. Неучет

3

данного фактора ведет к снижению таких важных показателей систе мы самодиагностирования как аппаратурная избыточность, достоверность результатов диагностировании и скорость выполнения проце -дур тестового и функционального контроля.

Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов , алгоритмов и программных, средств синтеза программируемых БИС(СБИС) с самодиагностированием, обеспечивающих максимальную эффективность тестовых и функциональных средств диагностирования , а также апробация работоспособности средств самодиагностирования при их практическом использовании.

Указанная цель достигается путем:

анализа и разработки методов проектирования самотестируемых программируемых БИС, СБИС;

анализа и разработки методов обеспечения самопроверяемости программируемых БИС, СБИС;

разработки алгоритмов и программных средств построения тестов, синтеза самодиагностируемых программируемых СБИС , а также программных средств оценки избыточных структур СБИС с резервированием.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы теория и методы технической диагностики, булевой алгебры , математический аппарат теории вероятностей, теория кодирования, теория линейных последовательностных машин. Программные средства разработаны на базе современных методов системного и прикладно го программирования.

Научная новизна работы. Научная новизна результатов, полученных в работе .связана с дальнейшим развитием теории функци онального и тестового самодиагностирования дискретных устройств на программируемых больших и сверхбольших интегральных схемах и

4

заключается в следующем:

1. Предложен новый метод проектирования генераторов тестовых последовательностей , позволяющий эффективно управлять процессом построения теста.

2. Предложена новая реализация метода внутрисхемного псевдо-исчегшвающего самотестирования СБИС ПЛМ с целью уменьшения аппаратурных затрат и улучшения надежностных параметров схемы при организации ее самодиагностирования.

3. Разработаны и исследованы на ГОТЭВМ алгоритмы синтеза самопроверяемых схем встроенного контроля для организации полной самопроверки в программируемых СБИС.

4. Обоснована необходимость и доказаны теоремы по кодированию внутренних и выходных переменных несовместных СБИС ПЛМ равновесными т/п-кодами , кодом Бергера, кодом с контролем на четность.

5. Предложены структурная и программная модели реализации

в программируемых СБИС процессов самодиагностирования , реконфигурации и самовосстановления для исследования надежностных характеристик и выбора отказоустойчивых проектируемых структур. Получены предельные оценки достоверности предлагаемых методов.

Основные результаты, выносимые на защиту .

1. Метод построения генераторов тестовых воздействий само-тестируемнх программируемых СБИС, отличием от известных методов которого является сокращение до 16 % аппаратурной избыточности, при реализации схемы генератора и уменьшение в 100 и более раз длины тестовой последовательности.

2. Метод синтеза самопроверяемых генераторов тестовых воздействий, позволяющий минимизировать аппаратурную избыточность (0.1-0.4%) и обеспечивать высокую достоверность диагностирования

5

(100% для расширенного класса одиночных константных и неконстантных неисправностей как обьекта диагностирования так и схемы встроенного контроля).

3. Метод диагностической декомпозиции псевдоисчерпыващего самотестирования СБИС ПЛМ , позволяющий сокращать аппаратурные затраты в среднем на 4 Ж и улучшать время функционирования СБИС ПЛМ в режиме самотестирования на 30 - 60 % .

4. Анализ моделей неисправностей несовместных СБИС ПЛМ, позволяющий получать оценки обнаруживающих свойств схем встроенного контроля.

5. Алгоритмы проектирования схем встроенного контроля двухпроводных и кодов с контролем на четность, обеспечивающие 100 % полноту обнаружения одиночных неисправностей как в диагностируемой схеме, так и в схеме встроенного контроля.

6. Комплекс программ синтеза и анализа самодиагностируемых СБИС ПЛМ , позволяющий проектировать и оценивать различные реализации СБИС с самодиагностированием.

7. Результаты экспериментального исследования программируемых СБИС с самодиагностированием.

Достоверность полученных результатов. Обоснованность приводимых в диссертационной работе результатов и выводов обеспечивается :

- корректным применением аппарата теории технической диагностики , теории кодирования , теории вероятностей , булевой алгебры:

- доказательством математических утверждений;

- применением методов математического моделирования;

- созданием на основе полученных в работе методов и алгоритмов программных средств синтеза и анализа с амоди а гн с с тиру е ни х

6

программируемых СБИС.

Практическая ценность. Научные результаты , полученные в диссертационной работе, предназначены для использования в области технической диагностики и автоматизации проектирования надежных программируемых БИС, СБИС - синтезе самодиагностируемых и самовосстанавливаемых матричных кристаллов. При работе над диссертацией был разработан комплекс программ синтеза и анализа самодиагностируемых СБИС типа программируемых логических матриц. Разработашше программные средства внедрены на НПО "Электронпри-бор" г. Ярославля и НПО "Интеграл" г. Минска. Годовой экономический эффект от внедрения программных средств в ценах 1990-91 гг. составил на НПО "Электронприбор" - 89512 рублей , на НПО "Интеграл" 73418 рублей. Акты внедрения и расчеты экономического эффекта содержатся в приложении к диссертационной работе.

Разработашше программные средства оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 19.005-85 и сданы в республиканский фонд алгоритмов и программ МНО Республики Беларусь.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на республиканской научно-практической конференции творческой молодежи (г.Минск, 1990), на 1-й Всесоюзной конференции "Однородные вычислительные среды и систолические структуры"(г.Львов,1990), на 7-й Всесоюзной школе-семинаре "Распараллеливание обработки информации "(г.Львов, 1989 г.) на Всесоюзной научно-технической конференции "Проектирование вычислительных средств"(г.Каунас, 1989, г.), на республиканской научно технической конференции молодых ученых и специалистов (г.Минск, Г989 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные средства локальной автоматики"(г.Гродно, I. ), п.-| Международной школе молодых ученых и специалистов

"Новио информационные технологии в САПР"(г.Гурзуф,1591 г.), а также на семинарах кафедры МО ЭВМ факультета прикладной математики Белгосуниверситета.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 17 печатных работах : 6 статьях, 10 тезисах докладов , одном отчете о НИР.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения , четырех глав и заключения. Ее обьем составляет 197 страниц машинописного текста, в том числе 44 рисунка , 30 таблиц , 31 график, список литературы , включающий 85 наименований и приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое изложение рассматриваемой пробле-лемы , обоснование ее актуальности , цоль работы , основные результаты, выносимые на защиту, значимость полученных результатов.

В первой главе диссертации предлагается и анализируется структурная модель организации в программируемых СБИС процессов самодиагностирования , самовосстановления и реконфигурации. Модель в общем случае содержит : генератор тестовых последовательностей (ГТП) и/или постоянное(оперативное) запоминающее устрой ство (ПЗУ, ОЗУ) , расчитанное на определенные емкость ,■разрядность слов; преобразователь П1 , предназначенный для преобразования 1-разрядного слова памяти и (п-1) - разрядного слова ГТП (если они применяются совместно) в п - разрядный тестовый набор; обьект диагностирования со средствами функционального контроля, включающий работоспособные (РБ) и отказавшие (ОБ) блоки (устройства, элементарные машины и т.п.); преобразователь П." , прообра ■

8

зующий результаты тестовых воздействий на ОД в к-разрядные слова; ПЗУ - для хранения и-разрядных тестовых эталонов ; анализатор А , выполняющий сравнение результатов тестирования с соответствующими тестовыми эталонами; средства реконфигурации CP , сродства самовосстановления СС и схему управления процессами самодиагностирования, самовосстановления и реконфигурации.

Общее число м блоков ОД можно записать в виде:

fl=n1Ci,L3 + naCi,LD + M1Ci.tD + M2CitL3.

где HjCi.u - среднее число ОБ, учитываемых CP в момент t>0, о, з,. . . , п>;

naci,o - среднее число восстановленных блоков и учитываемых CP; Mjti.ti - математическое ожидание числа РБ, реализующих при lío адаптируемые программные средства (при t=o, m2cí.o = í). Интенсивность переключения блоков для восстановления их в состав' работоспособных незначительно изменяют значения функций потенциальной живучести F(i.to и занятости wci.tD средств самовосстановления :

FC 1. 13 =М2С i. 0.-"N , WCi,L3=M3CÍ.L3/m . (I)

где м,пд) - математическое ожидание числа ОБ, занятых самовосстановлением; m - число ОБ. Функции (I) , а также вероятность безотказной работы rco , восстановления ucta и функция готовности stlj определяют качество функционирования вычислительной системы, реализованной в виде СБИС с самодиагностированием и самовосстановлением.

Основной недостаток существующих моделей надежности состоит в том, что они не способны учесть многообразия различных способов диагностирования и восстановления . Анализ показывает, что п настоящее время существует большое количество как способов са-модингностирования, так и способов обеспечения отказоустойчиво-

9

сти. Для их рационального сочетания в плане надежности необходимы эффективные надежностные модели. В качестве средства синтеза и оценки надежностных характеристик самовосстанавливаемых СБИС

ШШ Предлагается Программная МОДеЛЬ ftfla С Fauit-Tolerant Programming Logic Arrays э , реализующая описанную выше структурную модель. Обобщенная логическая структура ftpla представлена на рис.I.

Программирование различных конфигураций самовосстанавливаемых СБИС на основе данной модели показало, что улучшение надежностных характеристик самовосстанавливаемых СБИС rc to. ос о, Г. l , \со в значительной степени определяется соответствующей организацией системы самодиагностирования. В работе сделан вывод о том , что система самодиагностирования СБИС с реконфигурацией и самовосстановлением должна удовлетворять следующим основным требованиям:

- высокая достоверность проведения тестового эксперимента;

- низкий процент дополнительной площади кристалла, отводимый на размещение аппаратуры самодиагностирования;

- оперативное обнаружение возникающих неисправностей;

- локализация источника неисправности с заданной глубиной (точностью);

- высокая скорость проведения тестового эксперимента. Достижение указанных требований возможно за счет решения ряда задач , обеспечивающих проектирование генераторов тестовых воздействий с минимальными аппаратурными затратами и минимальной избыточностью воспроизводимого тестового набора; проектирование анализаторов выходных реакций, обладающих высокой обнаруживающей способностью ; проектирование самопроверяемых схем встроенного контроля ; проектирование исходной схемы или ее фрагментов с ио-

10

Управляющая программа

ПРЬА

Рис.1. Структура программной модели ггрьа

пользованием методов и средств контролепригодного синтеза.

В дальнейшем на основе приведенной классификации методов самодиагностирования критически анализируются известные подходы при организации самотестирования( метод lssd, метод кольцевого самотестирования, метод bilbo) и самопроверяемости (метод оамопроверяемого дублирования, метод кодового контроля) СБИС . Показано, что применение к программируемым СБИС известных методов оамодиагностирования оставляет без внимания наиболее существенный фактор таких СБИС - регулярность внутренней структуры , позволяющей, как показали первые результаты в этом направлении, проектировать довольно эффективные самодиагностируемые кристаллы. В качестве примеров подобных реализаций в работе отмечаются метод псевдоисчерпывающего самотестирования и метод счета точек коммутации. Тем не менее создание отказоустойчивых кристаллов на базе регулярных СБИС требует как достаточно аргументированного анализа существующих разработок (особенно , в плане их надежности) так и создания новых эффективных методов обеспечения их

(

самотестируемости . <

Следствием анализа известных методов организации самопроверяемых программируемых СБИС явился вывод о целесообразности применения методов встроенного диагностирования , базирующихся на кодовом контроле. Повышение надежностных характеристик данных методов достигается за счет применения самопроверяемых схем встроенного контроля(ССВК) с минимальной аппаратурной избыточностью и высокой обнаруживающей способностью. В результате проведенного аналитического обзора было установлено, что эффективное решение данного класса задач возможно вследствие детального анализа моделей неисправностей программируемых СБИС , исследование отношения:, код - модель неисправности и возможности реализации

12

в одном объекте как его функционального назначения, так и обеспечения требований самопроверяемости.

Вторая глава диссертации посвящена вопросам проектирования самотестируемых программируемых СБИС. Как было установлено, основным требованием при реализации самотестирования программируемых СБИС является требование минимальной аппаратурной избыточности . В связи с этим предлагается в качестве задающей части самотестируемых СБИС применять генераторы тестовых воздействий, проектируемые на регистрах сдвига(РС) с обратными связями(ОС) и описываемые следующей математической моделью :

ХфС х+1 Э =ГСхС хЭЭ . х1Сх+1Э=х11СхЭ. 1-1 ,п-1

гС хЭ =Г С хС хЭЭ , хСОЭ "у* •

где х= (х0.х1.....хп_1э - вектор состояния РС, г- выход РС, п-

длина РС, гсхз - булева функция обратной связи,у0 - начальное состояние РС , х - моменты времени.

Существующие подходы и методы проектирования подобных генераторов не учитывают проблем , связанных с проектированием генераторов тестовых воздействий самотестируемых СБИС : синтез генераторов с минимальными аппаратурными затратами и минимальным числом избыточных тестов. В работе предлагается метод проектирования генераторов тестов на регистрах сдвига с нелинейной функцией обратной связи , позволяющий минимизировать аппаратурные затраты и свести к минимуму избыточность воспроизводимого тестового набора. Предлагаемый метод основан на предварительном'анализе теста Т , построении на его основе циклического кода в и нахождении функции ОС гсхэ. На базе данного метода в работе приводится схема генератора, воспроизводящего реальный тест для программируемого АЛУ , аппаратурные-затраты на реализацию которого гасте на

13

16 % по сравнению с традиционно применяемым для этих целей генератором псевдослучайных последовательностей. В качестве основного достоинства разработанного метода является то, что длина теста при реализации самотестирования программируемых СБИС находится в линейной зависимости от числа входов схемы, в то время как длина псевдослучайной последовательности (ь)~ в зависимости,равной ь=25-1 , где и - число входов схемы.

Дальнейшим развитием предлагаемого подхода является проектирование генераторов тестов в виде самопроверяемых (рис.2). В схему генератора помимо схемы встроенного контроля вводится дополнительный разряд к , содержимое которого в момент времени т+1 определяется по формуле:

йсх+1э=|?сов^стэвртсо , где р ^разряды РС; 1=1,т. В работе показано, что предложенный подход обладает минимальной аппаратурной избыточностью и покрывает одиночные константные неисправности как генератора, так и СВК.

Рис.2. Структурная схема самопроверяемого генератора тестов

В работе предложено более эффективное по сравнению с существующим решение задачи диагностической декомпозиции СБИС ПЛМ. Применение предлагаемого подхода при реализации самотестируемых СБИС ПЛМ позволяет сократить дополнительные аппаратурные затраты сдб^п в среднем на 4 процента площади кристалла (табл.1). Следствием сокращения аппаратурных затрат является ускорение функционирования СБИСсткэ в режиме самотестирования на 30-60 %. Величины нк кк , приведенные в таблице I, означают число групп разбиений для известного и разработанного методов, соответственно; - степень интеграции схемы ; б.сз.т - параметры ПЛМ; аппаратурные затраты на реализацию метода псевдоисчерпывающего самотестирования.

Таблица I.

5 О т к тьг

19 60 31 45 30 1800 1200 6.12 4.51 3720

9 16 9 12 8 240 160 17.5 13.8 432

18 40 21 30 20 1080 720 7.19 5.43 2280

37 84 43 63 42 4788 3192 3.41 2.56 9828

56 68 35 51 34 5712 3808 3.26 2.61 10540

22 44 23 33 22 1452 968 6.24 4.74 2948

II 28 ьч СЛ 21 14 504 336 11.1 9.26 1036

35 76 39 57 38 4104 2736 3.71 2.80 8284

12 20 II 15 10 360 240 13.1 10.2 700

39 80 41 60 40 4800 3200 3.44 2.60 9520

Получены и проанализированы формулы, определяющие вероятность

обнаружения неисправностей константного (г1) и неконстантного (д4) типов , возникающих в структуре СБИС ПЛМ:

15

° 1 - j»<i

а 1 .1*1

где - коэффициенты вхождения в вентили И матрицы И

СБИС ПЛМ, ь - длина псевдослучайного теста, ь - число выходов СБИС ЕЛМ.

На основании полученных расчетов сделан вывод о низкой достоверности функционирования вероятностного самотестирования применительно к СБИС регулярной структуры. Данное обстоятельство в первую очередь связано с присущим программируемым СБИС высоким значением коэффициента сходящихся разветвлений.

Для самотестируемых СБИС ПЛМ, использующих в режиме самотестирования счет точек коммутации,вероятность обнаружения неисправностей настройки выражается следующей формулой:

где ч - число термов в реорганизованной СБИС ПЛМ, 1 - число ВЫХОДОВ ПЛМ, 5 - число входов ПЛМ, - число транзисторов в j - ом вертикальном столбце ПЛМ, ^ = тхпс^ .

Оценено значение рй при с^=с25+ъэ/г. для всех ^ПгйТГ . В данном случае число Необнаруживаемых неисправностей в ПЛМ будет максимальным, т.е.- значение будет представлять собой нижнюю оценку обнаруживающей способности самотестируемых ПЛМ:

р = —-

п .

где к=с2з+»,:>/2 ; рп=1-рс1 - вероятность необнаружения неисправностей настройки.

Показано, что для ПЛМ с параметрами 3,4,1 значение рп находится в следующем интервале:

__ < р <

п -

А[аЧ]

/г а гц^яь

Р6 > 1 "

Анализ проведенных расчетов (табл.2,табл.3) показывает,что значение вероятности обнаружения неисправностей настройки СБИС ПЛМ близко к единице и с возрастанием степени интеграции стремится к I.'

Таблица 2

Параметры ПЛМ Значение

О т

5 8 7 0.99ЭЭ8

15 ео 10 -зо 1-е 39. 253

5 4 4 0. 9949

20 48 8 1-С43.96Э~24

48 120 32 1-е125.еэ~60

юо зоо 28 — 1 1-С200. 96Э

12 60 10 1 -С238. 640

102 500 50 1-С238. 643

Параметры ПЛМ Значение Pd

s Q Т

1S 60 10 1-С27. 4753 _3°С 201 .06023200

го 48 8 —Р4- —1 1 1 -С 32. 973 С 201 . 06023

48 120 32 1 -С 87. 91 3 ~60С 201 . 06023 "768°

юо 300 28 1 -С 1В6. 593 S0c 201 . 06023 _3420°

5 4 4 1-3. 1С201 . 06023

12 60 10 1 - 23. 35~3°С201 . 06023 ~1020

102 БОО 50 1-С174.443-250С201.06023-6330°

Установлено, что достоверность функционирования самотестируемых СБИС Ш1М , проектируемых по методу псевдоисчерпывающего тестиро-рования , зависит от соответствующей организации схемы сжатия выходных реакций.

Третья глава диссертации посвящена решэнию теоретических задач , возникающих в практике проектирования самопроверяемых программируемых СБИС. В результате проведенного здесь анализа влияния моделей неисправностей на функциональное поведение несовместных СБИС ПЛМ выявлены следующие группы активизаций:

1) A(i/i+j) - для некоторого в дополнение к нужному терму активизируется один или более термов Tj;

2) А(i/o) - ни один из не активизируется;

3) A(i/J) - вместо нужного терма Т1 активизируется Tj терм.

На основании 1-3 обоснована необходимость кодирования

внутренних и выходных переменных равновосными кодами, кодами Бергера,' двухпроводными кодами и кодами с контролем на четность. Сформулированы и доказаны основные теоремы.

18

ТЕОРЕМА I. Для формирования равновесного ш/п-кода на выходах несовместной СБИС ГШ необходимо и достаточно, чтобы число соединений т^ горизонтальных и вертикальных шин матрицы М2 для

каждого у было постоянно , т.е. должно выполняться условие:

'1-2 -

. ][}п. .=соп5ъ . v 1=1,4 •

Л=1 1 2

СЛЕДСТВИЕ. Для ПЛМ, не удовлетворяющих условию цп^сопзъ,

У1=1,ч , реализация т/п-кода требует введения | допо-

лнительных выходов.

ТЕОРЕМА 2. Реализация мг-разрядного кода Бергера на выходах

- 1 2

ШИЛ требует введения ы= ["^д-с^пип контрольных шин в

структуру матрицы М2.

ТЕОРЕМА 3. Двоичное слово ь , образованное пересечением кодов

Бергера по правилу, определяемому функционированием СБИС ПЛМ,

не является кодом Бергера, т.е.

га г 2 2 п **

тч п П • П »,П- • • П п « в ,

где В - множество кодов Бергера.

В работе передложены алгоритмы синтеза самопроверяемых схем контроля двухпроводного кода , формируемого блоком дешифрации ПЛМ, и кода четности получаемого на выходах матрицы М^ Программная реализация разработанных алгоритмов показала их высокую эффективность применительно к реальным схемам ПЛМ.

Проведен анализ надежностных характеристик самопроверяемых СБИС. Исследованы вероятность безотказной работы и достоверность фуНКЦИОНИрОВаНИЯ С РСЛ^П , РСА/Ку РСА/Я^Э, рсл/^э э СБИС с СВК для различных зналений у и р0 . Показано (табл.4) , что при больших значениях ро (вероятность безотказной работы СБИС) дополнительная площадь кристалла у, отводимая под аппаратуру 'самоконтроля не окапывает существенного влияния на вероятность безотказной работы р самопроверяемых схем.

Р V Р0 Р V

о Т=1 -у=1 /2 -у=1/4 Т=1 7=1 /2 Г =1-"4

0. 9 0. 810 0. 849 0. 876 0. 4 0. 160 0. 252 0 310

О. 8 0. 640 0. 715 О. 756 О. 3 0. 090 0. 164 0 222

0. 7 0. 490 0. 583 0. 640 0. 2 0. 040 0. 089 0. 133

0. 6 0. 360 О. 464 0. 328 0. 1 0. 010 О. 031 0. 0С6

О. В 0. 230 0. 333 0. 420

В то же время, для ненадежных схем выбор параметров системы самодиагностирования оказывает существенное влияние на вероятность безотказной работы самопроверяемых схем.

В работе получены и оценены формулы для подсчета числа необнарукиваемых неисправностей настройки СБИС Г1ЛМ: р* = сч!-и/2234 - число необнаруживаемых неисправностей в М1 р^ = яа1/гчС1'+1:) - число необнарукиваемых неисправностей в М^. Анализ полученных формул показал, что увеличение функциональной насыщенности СБИС ПЛМ ведет к улучшению обнаруживающих свойств СВК.

Четвертая глава диссертации посвящена описанию разработанного программного обеспечения диагностирования программируемых СБИС типа ПЛМ , а также анализу надежностных характеристик самовосстанавливаемых СБИС с учетом параметров системы самодиагностирования.

В работе описываются следующие программные средства: комплекс программ построения проверяющих тестов и синтеза самодиагностируемых СБИС ПЛМ;

комплекс программ синтеза и статистического анализа качест-

ва проверяющих тестов БИС(СБИС) ПЛМ;

программные средства анализа надежностных характеристик самодиагностируемых и самовосстанавливаемых СБИС ПЛМ.

Приводится обобщенная структура программных средств. Разработанные программные средства написаны на языке программирования ПАСКАЛЬ, подготовлены и отлажены в системе программирования turbo-pascal ПЭВМ 1вм рс-ат.

Дружественный интерфейс с пользователем, развитая система иерархического меню , а также простота в эксплуатации выгодно отличают разработанные программные средства от аналогов, функционирующих на больших ЭВМ серии ЕС.

Основные функции , выполняемые программными средствами позволяют использовать их в качестве автоматизированного рабочего места проектировщика самодиагностируемых и самовосстанавливаемых программируемых СБИС ПЛМ.

В работе проведено исследование влияния параметров системы самодиагностирования на надежностные характеристики самовосстанавливаемых СБИС. Рассматривались системы пассивного восстанов -ления, базирующиеся на аппаратурной избыточности и системы статической реконфигурации . На основе проведенного сравнительного анализа различных стратегий пассивного самовосстановления сделан впвод о предпочтительности отказоустойчивых систем,базирующихся на применении средств функционального диагностирования. Результаты, полученные при проведении анализа статической реконфигурации СБИС ПЛМ позволяют в зависимости от требуемого уровня надежности ичбирчть соответствующий уровень резервирования СБИС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе, посвященной проблеме самодиагностирования программируемых СБИС, получены следующие основные результаты:

1. Проведен анализ состояния исследований в области самодиагностирования программируемых БИС(СБИС) и. выделены основные задачи самодиагностирования БИС(СБИС) ПЛМ.

2. Предложен новый метод синтеза генераторов тестовых воздействий, позволяющий сокращать аппаратурные затраты и уменьшать длину тестовой последовательности в зависимости от степени интеграции схемы.

3. Предложен способ реализации генераторов тестовых воздействий в виде самопроверяемых схем. Характерной особенностью предложенного способа является минимальная аппаратурная избыточность (0.1-0.4%) и высокая достоверность диагностирования (100% для расширенного класса одиночных константных и неконстантных неисправностей как обьекта диагностирования, так и схемы встроенного контроля).

4. Разработан и исследован метод диагностической декомпозиции самотестируемых СБИС ПЛМ, который позволяет при синтезе ПЛМ сокращать дополнительные аппаратурные затраты в среднем на 4% и тем самым увеличивать вероятность безотказной работы и улучшать время функционирования СБИС в режиме самотестирования на 30-60 % в сравнении с известным методом псевдоисчерпывающого самотестирования .

5. Показаны ограничения известных алгоритмов и разработаны новые алгоритмы синтеза самопроверяемых схем встроенного контроля СБИС ПЛМ , отличающиеся высокой достоверностью самоконтроля

2?

ПЖ ( 100 % охват неисправностей матрицы конъюнкций и схемы встроенного контроля для СВК двухпроводного кода и 90-100 % для матрицы дизъюнкций и СВК кода четности).

6. Разработана программная модель СБИС ПЛМ с самодиагностированием , позволяющая получать оценки эффективности различных стратегий организации самодиагностирования и соответственно улучшать параметры самотестирования и самоконтроля.

7. Разработан на ППЭВМ с использованием системы программирования turbo-pascal комплекс программ построения генераторов тестовых последовательностей , синтеза схем встроенного контроля и БИС(СБИС) ПЛМ с самодиагностированием, оценки и.улучшения самодиагностирования ПЛМ.

8. Комплекс программ внедрен на ряде промышленных предприятий с экономическим эффектом 162930 рублей в ценах на начало 1991 года.

Основные результаты диссертации изложены в работах:

1. Коваль В.Н..Коновалов Е.В., Алыпаэр Фахед. К вопросу организации автоматизированных систем диагностирования программируемых логических матриц на ППЭВМ EC-I84I // Тез. докл. межресп. конф. твор. мол."Актуальные проблемы информатики".-Минск, 2-6 апреля 1990, с. 157-158.

2. Коваль В.Н..Коротаев H.A. Проектирование ПЛМ с внутрисхемной организацией псевдоисчерпывапцего тестирования // Тез.докл. мекресп. конф. твор. мол." Актуальные проблемы информатики".-Минск, 2-6 апреля 1990, с.161-162.

3. Коваль В.Н., Коротаев H.A. Генераторы тестовых последова-.тельностей самотестируемых СБИС // Материалы конференции

23

"Автоматизированное проектирование радиоэлектронной аппаратуры", Каунас ,1-4 июня 1992, с.266-271.

4. Коваль В.Н., Коротаев H.A. Анализ надежностных характеристик самопроверяемых СБИС ПЛМ // Материалы межреспубликанской конференции творческой молодежи. - Минск ,18-22 мая 19Э2 , с.238-246.

5. Коваль В.Н., Шульман А.Э. Проектирование самопроверяомых схем встроенного контроля блока дешифрации СБИС ПЛМ // Материалы межреспубликанской конференции творческой молодежи.-Минск ,18-22 мая 1992 , с.247.

6. Коновалов Е.В., Коваль В.Н. Реконфигурация программных средств в ССИС // Тез.докл. межресп. конф. твор. мол. "Актуальные проблемы информатики".-Минск, 1990, с.159-160.

7. Коротаев H.A., Коваль В.Н. Организация самодиагноетирования и самовосстановления СБИС // Тез. докл. межресп. конф.твор. мол. "Актуальные проблемы информатики". -Минск, 1990, с.163-165.

8. Коротаев H.A., Коваль В.Н. Комплекс программ построения проверяющих тестов , синтеза и тестирования самодиагностируемых СБИС ПЛМ //Тез. докл. междунар. школы-семинара "САПР-1991".-Гурзуф,1991,с.82-83.

9. Коротаев H.A.,Коваль В.Н. Самодиагностирование и самовосстановление СБИС // Тез.докл. межд. школы-семинара "САПР-1991".-Гурзуф.1991, с.80-81.

10.Коротаев H.A., Коваль В.Н. Генераторы тестовых последовательностей на регистрах сдвига с нелинейной обратной связью // Тез.докл.научно-технич. конф. "Автоматизированное проектирование радиоэлектронной аппаратуры". - Каунас,I991,с.51.

11.Коротаев H.A., Коваль В.Н. , Альшаэр Фахед. Синтез тестов для тестопригодных БИС(СБИС,ССИС) ПЛМ// Вестн. Белорус.

24

ун-та. Cep.I: физ.,мат.,мех.-Минск,1990.-17с. - Деп. В ВИНИТИ 13.12.90, N 6244-В90.

12.Ксротаев H.A., Коваль В.Н. , Альшаэр Фахед. Синтез тестов для БИС(СБИС) ПЛМ с памятью// Вестн. Белорус.ун-та. Cep.I: физ.,мат.,мех.-Минск,1990.-17с. -Деп. в ВИНИТИ 13.12.90, n 6245-В90.

13.Коротаев H.A., Коваль В.Н. , Альшаэр Фахед. Встроенные аппаратурные средства для самотестирования программируемых логических матриц// Вестн. Белорус.ун-та. Cep.I:

физ.,мат.,мех.-Минск,1990.-17с. - Деп. в ВИНИТИ 13.12.90, n 6246-В90.

14.Коротаев H.A., Коваль В.Н. , Альшаэр Фахед. Построение надежных и живучих программируемых СБИС // Однородные вычислительные среды и систолические структуры : Мат. докл. 1-ой Всесоюзной конференции. -Львов , 1990, с.22-25.

15.Коротаев H.A., Коваль В.Н. Проектирование отказоустойчивых СБИС ПЛМ на основе использовшгая самопроверяемых средств функционального диагностирования // Материалы межреспубликанской конференции творческой молодежи. - Минск ,18-22 мая 1992 , с.248-249.

Г6.Коваль В.Н., Коротаев H.A. К вопросу организации самоконтроля СБИС ПЛМ // Тезисы докладов конференции математиков Белоруси.-Гродно. 1992, 0.27.

17.Матемчтическсю и программное обеспечение многопроцессорных ппислитпльних систем // Отчет о НИР п 02920003581, Мн.:БГУ, ic'i-T , IGO с.