Специфика регулировки микропроцессорных устройств
Среди современных ЭВС все реже встречаются устройства, создаваемые на "простой" элементной базе (на ИС с малой степенью интеграции и дискретных ЭРК). Даже самые "простые" современные ЭУ содержат схемы автоподстройки, самотестирования, "умные" пользовательские интерфейсы, как интуитивно – понятные, так и содержащие много каскадов, требующих наладки. В последние годы появилась тенденция объединять устройства различного назначения в вычислительные сети, а также использовать персональные компьютеры (ПК) в качестве терминалов для отображения и ввода данных и автоматизации этих процессов. Привычными в производстве ЭВС уже стали микропроцессоры (МП) и микроконтроллеры (применение которых можно встретить в самых неожиданных случаях), микросхемы ОЗУ (статические и динамические), перезаписываемые ПЗУ (ППЗУ), объем памяти которых исчисляется мегабайтами. Все это значительно усложнило как сами устройства ЭВС, так и их элементную базу. Регулировка ЭВС, стала очень сложной и трудоемкой задачей, плохо поддающейся формализации. Часто не существует стандартной аппаратуры для организации процесса регулировки разрабатываемого устройства, что требует ее отдельного проектирования.
Главной особенностью и трудностью в проектировании микропроцессорных устройств (МПУ) является необходимость разработки программных средств (ПС) и интеграции их в едином устройстве с аппаратными средствами (АС) для выполнения заданных функций при нахождении между ПС и АС оптимального взаимодействия. Таким образом, основным отличием МПУ от традиционных радиоэлектронных и других ЭУ, не содержащих МП, является наличие в общей структуре МПУ двух типов средств: аппаратных и программных. Наличие в составе МПУ программных средств определяет не только особенности проектирования, но и производства МПУ и их эксплуатации. В частности, интеграция АС и ПС в МПУ способствует упрощению наладки изделий, в том числе контроля, испытаний, обнаружения и устранения неисправностей, перенастройки или перепрограммирования изделия для выполнения новых функций, что открывает большие возможности значительного улучшения работы ЭУ, повышения надежности и функциональных возможностей устройств.
Цикл работ по обнаружению ошибок, их исправлению и обеспечению полной работоспособности МП-устройств называют процессом их отладки (хотя термин "отладка" больше подходит по роду работ к ПС, а "наладка" – к цифровым АС, все же процесс комплексного доведения АС и ПС до нормального совместного функционирования приемлемо называть и наладкой, и отладкой).
Весь процесс наладки МПУ включает следующие виды работ:
- организацию взаимодействия АС и ПС с учетом конкретных условий эксплуатации;
- обнаружение неисправностей и анализ причин и источников их появления в АС;
- обнаружение ошибок и неточностей в ПС и анализ причин и источников их появления;
- корректировка или доработка ПС и доведение выходных параметров АС до требуемых;
- комплексное отлаживание АС и ПС;
- запись отлаживаемых ПС на носитель (в ППЗУ)и окончательное тестирование МПУ.
Самой многократно повторяющейся операцией при наладке ЭВС (в том числе содержащих МПУ) является программный контроль, который разделяют на программно-логический и тестовый.
Программно-логический контроль заключается в том, что при составлении рабочей программы в нее включаются дополнительные процедуры, имеющие математическую связь с алгоритмом основной задачи. Однако не всегда удается находить удобные связи (соотношения), требующие небольшого числа контрольных операций, а в ряде случаев они вообще не существуют. Поэтому часто применяют двойной счет. В качестве контрольного соотношения принимают совпадение результатов первого и второго пересчета. Если программа большая, то ее разбивают на несколько частей. Каждую часть программы выполняют дважды. Результаты, полученные после счета, суммируются и обе контрольные суммы сравниваются. Если суммы совпадают, то переходят к выполнению следующей части программы, а случаи их несовпадения свидетельствуют об имеющихся неисправностях. Основной недостаток двойного счета – снижение производительности ЭВМ в два раза и более. Кроме того, двойной счет не позволяет установить причину ошибки и не всегда позволяет обнаруживать систематические ошибки.
Тестовый контроль – периодический контроль ЭВМ с помощью специальных испытательных программ (тестов). Контрольная задача может быть введена в рабочую программу. В определенных точках рабочей программы (контрольных точках) предусматривается обращение к контрольной задаче. Анализ результатов решения контрольной задачи в процессе выполнения основной программы позволяет судить о состоянии изделия.