Диагностические тесты

Диагностические тесты служат для отыскания места отказа в аппара­туре. Основные задачи, возлагаемые на диагностические тесты, состоят в получении информации, необходимой для локализации места отказа; об­работке полученной информации и определении места отказа; индикации отказавшего элемента (при автоматической диагностике) на устройствах отображения.

Диагностические тесты могут быть построены лишь на основе вы­полнения операций контроля. Именно с их помощью получают необходи­мую для диагностики информацию. Как уже подчеркивалось, между кон­тролирующими и диагностическими тестами нет четкой границы. Как пра­вило, диагностические тесты строятся на базе контролирующих, г. е. ис­пользуют сведения о состоянии устройства, полученные в результате при­менения контролирующих тестов.

Можно выделить два основных способа поиска места отказа: комби­национный и последовательный. Первый способ предполагает осуществ­ление некоторой совокупности проверок, причем последовательность их

проведения безразлична. Место отказа определяется на основе всей посту­пившей информации.

Второй способ предусматривает выполнение проверок в определен­ной последовательности, причем результат каждой из них анализируется непосредственно после ее проведения. Порядок проведения проверок мо­жет зависеть от результатов предыдущих проверок либо быть строго фик­сированным. В соответствии с этим диагностические тесты делятся на условные и безусловные.

Для диагностики систем управления технологическими процессами задание входных воздействий, получение результата проверки и обработка полученной информации чаще всего осуществляется при помощи специ­ально разработанной для этой цели аппаратуры. Диагностика цифровых вычислительных машин выполняется, как правило, при помощи системы диагностических тест-программ,

Устройство, подлежащее диагностике, рассматривают как конечный автомат с известной внутренней структурой. Суть диагностики состоит в исследовании реакции автомата при подаче на его вход последовательно­сти входных слов. Так как структура автомата известна, то для каждой входной последовательности известны элементы, участвующие в выработ­ке последовательности выходных слов. Совпадение выходной последова­тельности с эталоном свидетельствует о том, что соответствующие эле­менты работают правильно. Несовпадение с эталоном показывает, что сре­ди соответствующих элементов имеются отказавшие. Подачей на вход но­вых последовательностей стремятся сузить область находящихся «под по­дозрением» элементов до пределов требуемой. Данная методика построе­ния диагностических тестов может обеспечить локализацию отказов с лю­бой требуемой точностью, однако число испытаний и время их выполне­ния будут чрезвычайно велики. Поэтому подобная методика в явной форме может найти применение лишь в простейших устройствах.

Другой подход к построению диагностических тестов заключается в том, что рассматривают не все возможные отказы, а лишь наиболее харак­терные, которые задаются в виде списка.

В качестве примера проведем грубую оценку числа потребных опе­раций для диагностики арифметического устройства (АУ) параллельного действия современной ЭВМ. Будем полагать, что длина разрядной сетки составляет 32 разряда, а в состав устройства входят пять регистров. Не учитывая вспомогательных элементов и цепей управления, оценим общее число элементов памяти (триггеров) величиной 5 36 = 160

Следовательно, множество состояний АУ можно оценить чис­лом .

Сделаем упрощающее предположение, что ни один из отказов не расширяет множество различимых состояний АУ. В результате приходим к заключению, что потребное для диагностики число операций;

Даже если полагать, что одна операция распознавания автомата реа­лизуется одной машинной операцией, то объем диагностической програм­мы и число необходимых испытаний будут огромны. Таким образом, по­лученная оценка подтверждает, что описанная методика может найти при­менение лишь для простых устройств.

В настоящее время практически используется несколько различных методов построения диагностических тестов.

Рассмотрим основные из них - методы моделей и эталонных кон­стант. Метод моделей предполагает, что имеется математическая модель диагностируемого устройства, приспособленная для искусственного вне­сения в нее отказов. Проводя эксперименты над моделью и устройством, можно с определенной точностью локализовать место отказа.

Существо алгоритма диагностирования заключается в следующем.

1. На основании априорной информации отбирают первоначальное
множество предполагаемых отказов. Если данная информация отсутствует,
то первоначальное множество совпадает с полным перечнем отказов.

2. Проводят сужение множества предполагаемых отказов. Для этого
в программную модель вносят изменение, соответствующее одному из
предполагаемых отказов. На вход модели и устройства подают входное
слово, при котором для данного отказа заведомо будет получен неверный
результат. Реакции модели и устройства сравниваются. Если они совпали,
то отказ вносится в суженное множество предполагаемых отказов, если не
совпали, - исключается. Затем аналогичную процедуру последовательно
проводят со всеми отказами из первоначального множества предполагаемых отказов. В результате отбора получают суженное множество предполагаемых отказов.,

3. Определяют достоверный отказ. Для каждого отказа из суженного множества предполагаемых отказов многократно проводят испытания пометодике, изложенной в предыдущем пункте, с той лишь разницей, что длякаждого отказа многократные испытания осуществляют при различныхвходных словах. Все отказы, для которых имеется хотя бы одно несовпа­дение выходных слов модели и устройства, исключаются. Один или несколько отказов, многократно подтвержденные при всех испытаниях, счи­таются достоверными.

4. Результаты диагностики преобразуются в вид, удобный для восприятия человеком, и выводятся па устройство отображения.

Метод эталонных констант предполагает, что для диагностируемого устройства разрабатывается совокупность детерминированных входных слов. Каждому входному слову и отказу из заданного списка ставится в соответствие заранее найденное эталонное выходное слово. Следователь­но, каждому эталонному выходному слову будет соответствовать множе­ство предполагаемых отказов. Подавая на вход ряд входных слов и срав­нивая выходные слова с эталонными, делают заключение о типе имеюще­гося отказа. Существо диагностируемого алгоритма состоит в следующем.

1. На основании априорной информации отбирают первоначальное множество предполагаемых отказов.

2. Формируют последовательность входных слов. В последователь-ность включают только те входные слова, которые для первоначального множества предполагаемых отказов являются существенными, т. е. обеспечивают получение выходной реакции, отличной от нормальной.

3. Сформированную последовательность подают на вход диагностируемого устройства и фиксируют выходные слова.

4. Полученные выходные слова сравнивают с эталонными, и для каждого из них находится множество предполагаемых отказов.

5.Находят пересечение всех множеств предполагаемых отказов,в результате чего получают один или несколько достоверных отказов.

Формирование эталонных слов для реализации данного метода диаг­ностики представляет собой чрезвычайно трудоемкую задачу. Для относи­тельно простых устройств эталонные слова можно получить на основе таблицы отказов после ее преобразования, однако для больших систем данный метод практически неприменим. Поэтому получение эталонных слов может быть осуществлено так называемым методом обучения.

Существо этого метода состоит в том, что в устройство (или его мо­дель) вносится отказ. Затем по случайному закону генерируются входные слова, которые подаются на вход диагностируемого устройства (модели). Путем наблюдения за выходными словами отбирают все те входные слова, которые приводят к искажению выходного слова. Отобранные входные слова представляют собой эталоны для обнаружения внесенного отказа. Если по указанной методике отобрать входные слова по каждому отказу, то для каждого отказа будут получены совокупности существенных слов. Теперь, имея априорную информацию об отказе, можно подать на вход устройства указанную выше совокупность существенных слов и сравнить выходные слова с заранее определенными эталонами. Совпадение всех вы­ходных слов устройства (для данной группы входных слов) с эталонами позволяет с высокой вероятностью предположить, что отказ устройства найден правильно.

Указанные методы не решают проблемы диагностики, так как тесты по-прежнему получаются весьма громоздкими. Большие трудности возни­кают также при разработке самих тестов. Наиболее благоприятные условия для применения диагностических тестов создаются при использовании ЭВМ. Это объясняется тремя факторами: во-первых, все логические эле­менты машины могут находиться в двух четко различимых состояниях; во-вторых, система команд машины хорошо приспособлена для формирова­ния входных слов, хранения и анализа всей диагностической информации, позволяет легко строить условные последовательные тесты; в-третьих, ЭВМ характеризуются большим быстродействием, поэтому каждая про­верка осуществляется за малое время.

Однако даже при этих благоприятных условиях диагностические тест-программы ЭВМ весьма громоздки и требуют большого объема памя­ти для своего хранения, поэтому задача разработки эффективных диагно­стических тестов чрезвычайно актуальна. В общем случае можно рекомен­довать ряд практических приемов, применение которых, как правило, при­водит к сокращению объема диагностического эксперимента. Приведем некоторые из них.

Чтобы сократить объем диагностических тестов и время их выпол­нения, необходимо в максимальной степени учитывать специфические особенности диагностируемого устройства, что во многих случаях позво­ляет достичь удовлетворительных практических результатов. Разрабатывая диагностические тесты, следует стремиться разделить то или иное устрой­ство на отдельные относительно независимые части и создавать подтесты для каждой из этих частей в отдельности. Такой подход позволяет полу­чить гибкие последовательные условные тесты. При формировании вход­ных слов, определении последовательности проведения проверок и вклю­чения подтестов необходимо в максимальной степени учитывать инфор­мацию о состоянии устройства, полученную на основании работы контро­лирующих тестов либо сигналов аппаратного контроля. Например, диагно­стические тест-программы арифметического устройства 9ЦВМ могут со­стоять из трех независимых частей для диагностики узла мантиссы, узла порядка и узла местного управления. Включение в работу одной из этих тест-программ происходит после того, как контролирующий тест укажет, в каком из узлов имеет место отказ.

Создание системы диагностических тестов является сложной научно-технической задачей, которая в настоящее время до конца еще не
решена.