Проблемы и особенности отладки МПС

Поиск неисправностей в аппаратуре МПС существенно более сложен, чем в аппаратуре, реализованной на дискретных элементах, ИС или СИС. Отметим основные особенности отладки МПС.

· Высокая сложность БИС. Так, даже относительно несложный МП i8080 содержит около 200 элементов памяти и, следовательно, около 2²⁰⁰ внутренних состояний. Для простого перебора этих состояний с частотой 1 МГц потребуется 10⁴⁶ лет. Следовательно, полный контроль МП БИС невозможен. В процессе эксплуатации могут проявиться некоторые неисправности, не обнаруженные изготовителями (а иногда и разработчиками) БИС. Эти неисправности проявляются, как правило, довольно редко и обусловлены взаимным влиянием отдельных элементов БИС. Они могут приводить к редким и нерегулярным сбоям.

· Малое число контрольных точек схем. Большинство узлов структуры БИС физически недоступно для непосредственного контроля и воздействия. Доступ к внутренним элементам БИС возможен только программными средствами, причем для доступа к требуемой точке схемы необходимо часто подавать довольно сложную последовательность сигналов и синхронно анализировать длинную последовательность состояний в точках, доступных для контроля.

· Неразделимость аппаратуры и программного обеспечения. Аппаратура и ПО МПС представляют единый комплекс, причем часто трудно провести между ними четкую границу. Например, в контроллерах с микропрограммным управлением программы пользователя могут быть погружены на микропрограммный уровень.

· Сложность и неразделимость аппаратных средств БИС. МПС практически невозможно разделить на функциональные блоки для независимой проверки работоспособности этих блоков. Одна БИС содержит, как правило, несколько функциональных блоков (АЛБ, управление, интерфейс и др.). С другой стороны, некоторые функциональные блоки (чаще всего - устройство микропрограммного управления, подсистема прерываний) распределены по нескольким БИС, которые, кроме того, выполняют и другие функции. Поэтому генерация требуемых тестовых воздействий на такие блоки осуществляется другими блоками схемы под воздействием программного управления, что затрудняет локализацию неисправностей.

· Необходимость одновременного контроля состояния шин. Обычно в МПС имеется несколько десятков линий, объединенных в группы по функциональному признаку (шины данных, адреса, управления, состояния и др.). При тестировании МПС средствами программного управления необходимо отслеживать состояние шин в течение достаточно длительного промежутка времени и/или фиксировать однократные события на шинах (например, появление на шине определенного кода или определенной последовательности кодов).

· Высокое быстродействие МПС. Тактовая частота современных МПС составляет 10⁶. . 10⁸ Гц, что предъявляет серьезные требования к быстродействию контрольной аппаратуры.

· Шинная организация МПС предполагает, что на общую шину может работать несколько источников, подключенных к ней через буферные схемы. Это приводит к трудностям при определении источника ошибки на шине.

Отмеченные выше особенности МПС затрудняют поиск неисправностей в ней. Однако, можно выделить особенности МПС, позволяющие упростить процедуру тестирования, особенно на этапе эксплуатации.

· Способность к самоконтролю. Как только отлажена тактовая система МПС и начал работать контур программного (микропрограммного) управления, появляется возможность использования процессора отлаживаемой МПС для сбора и обработки информации о состоянии элементов МПС. Исполнение различных тестовых программ дает возможность проверить работу ячеек ОЗУ, портов ввода/вывода, магистралей; подсчет контрольных сумм позволяет оценить работоспособность ПЗУ. Иногда возможна и локализация неисправностей - с точностью до разряда или адреса. Использование для тестирования внутренних ресурсов МПС резко уменьшает объем информации, которую требуется фиксировать внешней контрольной аппаратурой. При этом основной объем работ переносится с разработки контрольных процедур для контрольно-испытательной аппаратуры на составление тестовых программ в языке МП контролируемой МПС.

· Стандартная форма сигналов. В большей части, а иногда и во всей МПС действуют стандартные цифровые сигналы, которые требуется идентифицировать лишь на принадлежность к "0" или "1". Прибегать к измерениям аналоговых величин - длительностей фронтов, амплитуд и т.п. приходится лишь при отладке аналоговых элементов схемы.