Разработка структуры самотестируемых цифровых вычислительных синтезаторов частоты

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность: 05.12.04 - Радиотехника, в том числе

системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ САМОТЕСТИРУЕМЫХ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТЫ

РЯЗАНОВ Алексей Владимирович

Арзамас 2010



Работа выполнена на кафедре «Конструирование и технология радиоэлектронных средств» Арзамасского политехнического института (филиала) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Николай Петрович Ямпурин АПИ НГТУ, г. Арзамас

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Александр Викторович Назаров МАИ (ТУ), г. Москва

доктор технических наук, профессор Наталья Владимировна Рябова МарГТУ, г. Йошкар-Ола

Ведущая организация: ФГУП ННИПИ «Кварц» г. Н. Новгород

Защита состоится "19" марта 2010 г. в 1500 на заседании диссертационного совета Д212.079.04 в Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева по адресу: 420111, г. Казань, ул. К.Маркса, д. 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ. С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте КГТУ www.kai.ru.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью организации, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан ” февраля 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., профессор Линдваль В.Р.



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В настоящее время в бортовых РЭС летательных аппаратов для нормального функционирования навигационных, связных и других систем подчас необходимо наличие нескольких периодических гармонических сигналов различной частоты, которые должны быть высокостабильными. Для решения этой задачи обычные генераторы неприменимы, так как имеют большие габариты и массу, и, кроме того, не могут обеспечить требуемой синхронности и стабильности частоты сигналов. Поэтому для указанных целей применяются цифровые вычислительные синтезаторы (ЦВС), лишенные всех вышеперечисленных недостатков. Такие достоинства ЦВС, как устойчивость к воздействию дестабилизирующих факторов, малое время переключения частот при непрерывности фазы формируемых колебаний, способность формирования сложных сигналов, возможность полной микроминиатюризации и программируемости параметров, позволили существенно повысить технико-экономические показатели многих радиотехнических систем.

Основы теории и техники вычислительного метода синтеза частот, заложенные зарубежными специалистами (А. Боли, В. Кроупом, Б. Гоулдом, Дж. Тирнеем, Р. Хоскиным, Н. Купером), успешно разрабатывались видными отечественными учеными Н.И. Чистяковым, В.В. Шахгильдяном, И.Н. Гуревичем, М.И. Жодзинским, В.Н. Кочемасовым и другими. Весомый вклад в это направление внесли ученые нижегородской (горьковской) школы синтеза частот: Ю.И. Алехин, Ю.К. Богатырев, В.И. Логинов, С.С. Сухотин, С.Я. Шишов, В.С. Станков, Н.П. Ямпурин.

В то же время, согласно современным требованиям Международного Авиационного Комитета, к эксплуатации не принимаются системы, не имеющие средств самодиагностики, поскольку их выход из строя может иметь фатальные последствия для связанного с ними объекта. Основы теории контролепригодности и диагностики систем при помощи сигнатурного анализа заложены в работах Р. Фроверка и Х. Надига и успешно развиты отечественными учеными П.П. Пархоменко, К.Г. Кирьяновым, У.С. Согомоняном и другими.

Однако, вопрос возможности быстрого и достоверного контроля работоспособности ЦВС в интегральном исполнении в процессе производства и эксплуатации до нынешнего времени не решен. Недостаточно развиты на современном уровне компьютерной техники средства автоматизированного контроля и обеспечения отказоустойчивости ЦВС на этапе проектирования. Разработке структуры перспективных самотестируемых ЦВС посвящена диссертационная работа.

Цель и задачи работы

Целью настоящей работы является обеспечение самотестируемости ЦВС путем совершенствования известных и создания новых эффективных структур, а также программного обеспечения для автоматизированного контроля на всех этапах жизненного цикла ЦВС.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

анализ известных структур ЦВС с целью определения обобщенной структуры ЦВС для ее декомпозиции на отдельные узлы.

анализ методов обеспечения самодиагностики ЭС с целью выбора оптимального применительно к технике ЦВС.

анализ методов генерации тестов для цифровых схем с целью выбора оптимального для программной реализации ПЭВМ.

разработка программного модуля для автоматизированной генерации тестов на ПЭВМ на базе процессоров семейства Intel Pentium.

разработка структуры ЦВС сложных сигналов для перспективных систем связи с элементами самотестирования.

возможное внедрение в промышленность разработанной автором структуры самотестируемых ЦВС частот и сигналов.

На защиту выносятся:

Новые структурные решения построения отечественной БИС ЦВС, которая, на момент ее разработки, превосходила лучшие зарубежные аналоги по уровню обеспечения контролепригодности.

Алгоритм моделирования сигнатурного анализатора, предусматривающий возможность выбора разрядности анализатора и его вида (последовательный или параллельный).

Система автоматизированной генерации тестов для цифровых устройств, позволяющая моделировать работу проектируемой схемы и синтезировать для нее оптимальный тест.

Методы исследований

При решении поставленных задач в работе использованы методы математической логики, математического моделирования, теории надежности, теории вероятностей и теории информации. Ряд результатов получен экспериментально.

Научная новизна

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложена структура перспективного самотестируемого ЦВС. Ее отличительной особенностью является возможность самоконтроля схемы в процессе производства и эксплуатации. В качестве метода обеспечения отказоустойчивости использовано контролепригодное проектирование и методика избыточного кодирования.

2. Предложен алгоритм моделирования сигнатурного анализатора, предусматривающий возможность выбора разрядности анализатора и его вида (последовательный или параллельный).

3. Разработана структура и состав математического и программного обеспечения системы автоматизированной генерации тестов для диагностирования цифровых узлов ЦВС на ПЭВМ на базе процессоров семейства Intel Pentium с комплектом штатной периферии.

Практическая значимость

Разработаны структурные решения построения самотестируемых ЦВС.

Предложена и реализована система автоматизированной генерации тестов (САГТ) для цифровых устройств на ПЭВМ на базе процессоров Intel Pentium. Система реализована на основе компактной и быстродействующей версии D - алгоритма на языке С++. Основной особенностью системы является возможность интерактивного синтеза тестов. Обозначены основные направления дальнейших исследований в этой области в связи с внедрением CALS - технологий.

Разработан и программно реализован на С++ алгоритм моделирования сигнатурного анализатора, предусматривающий возможность выбора его разрядности и вида (последовательный или параллельный). Данная реализация интегрируется с разработанной САГТ и служит для уменьшения объема диагностических словарей точного соответствия.

Реализация результатов работы

Результаты исследований, изложенные в диссертационной работе, использованы в НПП «Полет» при разработке возбудителей для радиопередающих устройств. Кроме того, материалы диссертации используются в учебном процессе Арзамасского политехнического института (филиала) Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались:

На международных научно-технических конференциях:

IV Международной научно-технической конференции «Радио, навигация и связь», Воронеж, 1998 г.

IV Международной молодежной НТК «Будущее технической науки», Н.Новгород, НГТУ, 2005 г.

На Всероссийских научно-технических конференциях:

Всероссийской научно-технической конференции "Технологии в машино- и приборостроении на рубеже XXI века". Арзамас, 2000г.;

Всероссийской научно-технической конференции "Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2000". Пермь, 2000г.;

LV, LVI, LXI, LXIII Всероссийских научных сессиях РНТО РЭС им. А.С.Попова, посвященных Дню радио. Москва, 2000, 2001, 2006, 2008, 2009 гг.; самотестируемость цифровой синтезатор программный

Всероссийских научно-технических конференциях «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении», Нижний Новгород - Арзамас, 2001, 2002, 2004, 2005 гг.

15 Межрегиональной конференции Московского и нижегородского отделений НТОРЭС им А.С. Попова «Обработка сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения», Москва - Н.Новгород: РНТО РЭС им. А.С. Попова, 2007 г.

Всероссийском научно-техническом семинаре «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания», г. Воронеж, 2009 г.

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 17 научных статей.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 225 наименований и приложений. Общий объём работы 130 страниц, основной текст изложен на 118 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 26 рисунков и 9 таблиц на 28 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены сведения об использовании, реализации и апробации результатов работы, структура диссертации.

В первой главе дан обзор современного состояния техники цифрового вычислительного синтеза частот и методов обеспечения отказоустойчивости электронных средств. Дан сравнительный анализ существующих структур ЦВС. Проанализированы существующие способы обеспечения отказоустойчивости электронных средств и методы тестового диагностирования цифровых устройств.

Дан сравнительный анализ современного состояния систем цифрового синтеза частот, приведены основные соотношения, характеризующие работу ЦВС различных типов, предложена декомпозиция ЦВС на основные узлы. Дается заключение об эффективности применения ЦВС многоуровневых сигналов (ЦВС МС) в перспективных радиотехнических системах связи с повышенной помехоустойчивостью. На основании результатов проведенного анализа, структура ЦВС МС выбрана в качестве базовой для создания самотестируемой БИС ЦВС, и проведена ее декомпозиция на отдельные блоки.

Проведен сравнительный анализ основных методов обеспечения отказоустойчивости цифровых устройств (ЦУ). Показано, что перспективным направлением обеспечения отказоустойчивости является контролепригодное проектирование с применением устройств самоконтроля.

Проанализированы существующие методы тестового диагностирования ЦУ во взаимосвязи со способами получения воздействий и реакций. Показано, что не существует метода, однозначно превосходящего остальные. Отмечается, что наиболее перспективным для БИС ЦВС является размещение аппаратных средств самотестирования на кристалле. На основе проведенного анализа сделан вывод, что для обеспечения отказоустойчивости ЦВС на протяжении жизненного цикла наилучшими характеристиками обладает группа методов сравнения с кодовым эталоном.

Во второй главе проведен анализ методов автоматизированной генерации тестов для основных узлов ЦВС. Осуществлен выбор моделей неисправностей и сигналов цифровых узлов.

В настоящее время принято различать два типа моделей неисправностей: структурные и функциональные.

Для структурных моделей неисправностей характерно допущение, что все неисправности являются константными. Подобного рода модель отличается простотой, охватывает большое число реальных физических неисправностей. Однако эта модель является в известном смысле ограниченной. На практике некоторые короткие замыкания и обрывы физически возможны, но их нельзя представить на логической схеме в виде константных неисправностей.

Для схем с неизвестной структурой вышеописанные модели неприменимы. Если известна лишь функция схемы, то модель неисправностей необходимо строить на функциональном уровне, соответственно и метод тестирования будет направлен на обнаружение функциональных неисправностей. Функциональный подход обладает несомненными преимуществами перед структурным подходом, но имеет ограниченное применение при контроле готовых схем.

В практике тестирования цифровых схем наиболее распространенной является модель одиночных константных неисправностей. Эта модель выбрана в качестве базовой. Отмечено, что в диссертации рассматриваются только такие типы коротких замыканий как короткие замыкания сигнальных линий схемы с шинами питания и короткие замыкания шин питания.

Среди моделей сигналов простейшим является двоичный алфавит, состоящий из совокупности символов {0, 1}. Для учета неоднозначности поведения устройства при его моделировании используется троичный алфавит {0, 1, х}, где символ х обозначает неизвестное, неопределенное или безразличное значение сигнала. Другими словами, если некоторой линии приписан символ х, то сигнал на ней может быть равен либо нулю, либо единице.

Классический D - алгоритм генерации тестов предполагает пятизначное моделирование сигналов. Определение символов пятизначного алфавита {0, 1, х, D, } дано в таблице 1 Столбцы bg и bf средней графы этой таблицы содержат троичные значения символов в исправной и неисправной схемах соответственно, то есть символ D означает 1 в нормально функционирующей схеме и 0 - в неисправной, а символ определяется как его логическое дополнение.

Таблица 1

Пятизначный алфавит	(bg, bf)	Девятизначный алфавит
0 х D 1	(0, 0) (0, х) (0, 1) (х, 0) (х, х) (х, 1) (1, 0) (1, х) (1, 1)	0 G0 S0 F0 U F1 S1 G1 1

Анализ показывает, что применение пятизначного алфавита не обеспечивает надлежащей степени свободы для успешного завершения работы алгоритма генерации тестов. Последующие исследования показали, что указанные недостатки D - алгоритма могут быть преодолены путем повышения значности алфавита моделирования сигналов. Была предложена девятизначная модель (см. правую графу таблицы 1). Каждый из ее девяти символов ni определяется упорядоченной парой двоичных цифр:

ni=(bg, bf)I, i=1,…9,

где bg - логическое значение сигнала в исправной (хорошей) схеме; bf - логическое значение сигнала в неисправной схеме; bg, bf{0, 1, x}; x{0, 1}.

Символы 0 и 1 присваиваются сигналам линий, имеющим одинаковое логическое значение как в нормально функционирующей, так и в неисправной схеме. Сигналам, которые из-за неисправности наверняка искажены (до дополнительной величины), ставятся в соответствие символы S0 и S1, получившие название чувствительных значений (S - sensitive - чувствительный). Из таблицы 1 следует, что их определения полностью идентичны определениям соответственно символов и D пятизначного алфавита. Легко видеть, что символы 0, 1, S0 и S1 являются полностью определенными как в исправной, так и в неисправной схемах. Символ U имеет полностью неопределенное значение U=(x, x) в любой схеме (U - unspecified - неопределенный).

Специфическими для девятизначной модели являются частично определенные символы. Так, если двоичное значение сигнала должно быть определено только в исправной схеме, для его моделирования следует использовать символы G0 или G1 (G - good - хороший), если же только в неисправной - применяются символы F0 или F1 (F - faulted - неисправный).

Основываясь на статистических данных, можно сделать вывод, что в комбинационных схемах алгоритмы на основе пяти- и девятизначной моделей ведут себя одинаково, находя практически во всех случаях 100%-ные тесты. В последовательных схемах, при прочих равных условиях, D - алгоритм на основе пятизначной модели находит тесты полнотой 80…95%, а 9V - алгоритм обеспечивает приблизительно 96…99% - ную полноту. Кроме того, для девятизначной модели определены основные операции булевой алгебры НЕ, ИЛИ, И. Поэтому девятизначная модель принята в качестве базовой.

Проведен сравнительный анализ основных методов генерации тестов: метода эквивалентной нормальной формы (ЭНФ), метода булевой разности и классического D - алгоритма. Показано, что для реализации на ПЭВМ наиболее подходит модификация D - алгоритма - 9V - алгоритм.

Третья глава посвящена исследованию методов документирования ЦВС для поиска неисправностей на этапе производства и эксплуатации и разработке САГТ для диагностирования цифровых узлов ЦВС.

Проведен анализ методов документирования для поиска неисправностей, который показал, что для реализации САГТ на ПЭВМ наиболее удобно использовать диагностический словарь (ДС) точного соответствия. В то же время отмечено, что растущая сложность БИС и СБИС, а, соответственно, и объем словарей, диктует необходимость применения эффективного метода сжатия информации в ДС. В настоящее время среди методов преобразования двоичных последовательностей (векторов) произвольной длины в короткие кодовые эталоны особо высокой точностью преобразования выделяется метод сигнатурного анализа.

Использование в САГТ методики сигнатурного анализа предусматривает наличие программно реализованной математической модели сигнатурного анализатора (СА). Исходя из результатов анализа известных структур ЦВС, можно сделать вывод, что для документирования ЦВС на этапе производства достаточно использовать сигнатурные анализаторы с разрядностью не выше 16. Вероятность получения одинаковых сигнатур для разных двоичных последовательностей при использовании 16 - разрядного сигнатурного анализатора не превышает величины 1/216, что равняется приблизительно 0,002%.

В то же время, поскольку в состав БИС целесообразно включать лишь цифровые узлы ЦВС, выходной сигнал такой схемы может иметь несколько разрядов. Следовательно, алгоритм для программной реализации СА на ПЭВМ должен предусматривать возможность выбора разрядности СА и его вида (последовательный или параллельный).

Для программной реализации по соображениям точности преобразования и удобства реализации на ПЭВМ за основу выбран 16 - разрядный последовательный сигнатурный анализатор (СА) на основе сдвигового регистра. Изменение разрядности такого анализатора сводится к конфигурированию обратных связей, структура которых может быть программно задана массивом данных, а для преобразования его в параллельный анализатор необходимо ввести в схему операции суммирования по модулю 2 разрядов входной последовательности с соответствующими разрядами сдвигового регистра. К тому же алгоритм моделирования такого анализатора известен, и легко модифицируется для моделирования параллельного СА.

Исходя из вышеизложенного, автором разработан алгоритм моделирования сигнатурного анализатора, предусматривающий выбор его разрядности (до 16 разрядов включительно) и вида (последовательный или параллельный).

На основании предложенного алгоритма, автором разработана подпрограмма формирования сигнатур, предназначенная для преобразования последовательностей произвольной длины сигнатуры заданной разрядности.

Разработанная подпрограмма моделирования СА предназначена для использования в блоках моделирования цифровых устройств САГТ для получения эталонных сигнатур и построения компактных ДС точного соответствия для ЦВС на этапе разработки.

Четвертая глава посвящена реализации самотестируемых структур ЦВС в интегральном исполнении и программного обеспечения для автоматизированного поиска неисправностей.

В разделе 4.1 с учетом поставленных задач и полученных ранее результатов разработана обобщенная структура перспективной самотестируемой БИС ЦВС МС (рисунок 1). Отличительной особенностью разработанной структуры БИС ЦВС является наличие в ее функциональном составе устройств самотестирования и диагностики, с помощью которых обеспечивается автоматизированный контроль параметров БИС ЦВС в процессе производства и эксплуатации и, соответственно, ее отказоустойчивость. Самотестирование организовано по принципу, приведенному на рисунке 2.

При разработке способа тестирования учитывалось то обстоятельство, что в функциональный состав БИС ЦВС входят элементы памяти (ПЗУ). В отличие от ОЗУ эти элементы не могут быть протестированы при помощи общих способов тестирования ЦУ. Включение в состав БИС ЦВС дополнительных устройств для контроля элементов памяти снижает экономическую эффективность производства. Поэтому для тестирования разработанной БИС ЦВС используется метод генерации псевдослучайной тестовой последовательности. Входные тестовые кодовые последовательности формируются генератором тестовых воздействий и представляют собой псевдослучайные двоичные коды.



Рис. 2 Алгоритм работы устройства встроенного контроля на основе сигнатурного анализа

Для диагностики БИС ЦВС в ее работе отводится «окно». Периодичность проверки определяется управляющей схемой. В качестве генератора тестовых воздействий используется накопитель кода (НК), что позволило упростить задачу проектирования устройств самодиагностики.

При выборе констант, подаваемых на вход НК, было установлено, что для того, чтобы проконтролировать весь основной тракт ЦВС, достаточно выбрать период пересчета НК равным 16384. Это позволяет проверить более 85 % узлов ЦВС.

Для проверки оставшихся непроверенными узлов ЦВС было предложено подать на вход НК и вход сумматора фазового сдвига чередующиеся коды: 0101...01 в течение первых 4-х тактов, 1010...10 в течение вторых 4-х тактов и в последние четыре такта - код 1111...11.

В результате предложенного алгоритма тестирования БИС ЦВС удалось осуществить функциональный контроль БИС в объеме 100 %.

Выходным сигналом БИС ЦВС является 12 - разрядный код амплитуды синтезируемого колебания, поэтому в качестве анализатора в блоке самодиагностики применен параллельный 12 - разрядный многоканальный сигнатурный анализатор (МСА). Выбор МСА в качестве анализатора обусловлен тем, что он может быть реализован на выходном регистре БИС. Для этого достаточно ввести в структуру БИС ЦВС коммутатор и схему сравнения полученной сигнатуры с эталоном и сформировать сумму по модулю 2 на первых входах коммутатора путем подачи сдвинутого влево предыдущего состояния регистра.

Раздел 4.2 посвящен разработке структуры и состава программного обеспечения системы генерации тестов для основных узлов ЦВС (рис. 3), которая может работать как автономно, так и в качестве подсистемы САПР на ПЭВМ на базе процессоров Intel Pentium.

Входной информацией для работы системы является описание типов элементов цифровых узлов ЦВС (в том числе реализованных в интегральном исполнении) и описание связей между этими элементами. Оба описания в совокупности представляют собой формализованное задание (ФЗ) на проектирование (генерацию) тестов. ФЗ представляет собой схему электрическую принципиальную в выходном формате САПР и после ввода в систему транслируется в формат базы данных автоматизированного рабочего места (АРМ).



Рис. 3 Укрупненная структурная схема САГТ для ЦВС

Конвертер обеспечивает независимость алгоритма генерации тестов от возможных форм представления исходных данных в базе. Разработанная САГТ может работать с различными базами данных. Для этого достаточно лишь использовать соответствующий конвертер.

По описанию структуры устройства (в разработанной САГТ для этой цели используются секционированные списки последователей - предшественников) строится список рассматриваемых неисправностей (СН). Система ориентирована на диагностирование дефектов, внешне проявляющихся как константные неисправности. Для последовательных схем применяется известная процедура преобразования в итеративную комбинационную модель путем разрыва обратных связей. Однако в рассматриваемой системе она значительно упрощена, так как предусматривается возможность представления логической схемы устройства на уровне «макроэлементов», как правило, функционально равнозначных серийным ИС.

При внедрении в производство нового типа цифровой ИС, состоящей из нескольких элементарных логических вентилей, с помощью разработанной САГТ для нее получают нужный набор тестов. Он затем помещается в единый банк данных АРМ и используется в процессе генерации тестов для цифрового устройства, в состав которого входит новая ИС. Собственно генерация тестов производится при помощи 9V - алгоритма.

Отмечено, что оригинальный 9V - алгоритм, для его реализации в САГТ на ПЭВМ, нуждается в ряде доработок. Во - первых, при работе алгоритма возможно появление ложных чувствительных значений S0 и S1, не имеющих физического смысла (то есть присваиваемых линиям, не включенным в активизированный путь). Во - вторых, оригинальным 9V - алгоритмом не предусмотрены средства обработки комбинационных и последовательных схем повышенной степени интеграции, представленных на уровне макроэлементов, функционально равнозначных серийным ИС.

Поэтому автором для создания САГТ использован компактный и быстродействующий 9VМ - алгоритм, который позволяет сгенерировать один из возможных тестов для заданной неисправности схемы цифрового устройства (одиночной или кратной). Чтобы получить тест, проверяющий все неисправности, достаточно составить список неисправностей, последовательно применить к каждой из них 9VМ - алгоритм, а полученные тесты объединить.

Для упрощения теста и повышения его полноты предусматривается возможность доработки теста в интерактивном режиме.

С целью уменьшения объема ДС и повышения удобства пользования им в САГТ применяется метод СА, позволяющий сжимать двоичные последовательности произвольной длины в сигнатуру заданной разрядности. Для решения этой задачи автором предложен и программно реализован алгоритм моделирования сигнатурного анализатора переменной разрядности (до 16 разрядов включительно) с возможностью выбора числа разрядов и вида анализатора (последовательный или параллельный).

Исходя из разработанного алгоритма, автором составлена подпрограмма формирования сигнатур, предназначенная для преобразования последовательностей произвольной длины в 16 - разрядные сигнатуры, которые затем переводятся в шестнадцатеричный код для упрощения восприятия. Программа написана на С++ и предназначена для использования в блоках моделирования цифровых узлов САГТ для получения эталонных сигнатур и построения компактных ДС точного соответствия.

Предложена программная реализация описанной выше системы автоматизированной генерации тестов для цифровых устройств, совместимая с различными САПР для разработки функциональных схем. Разработанная САГТ позволяет генерировать тесты для комбинационных и последовательных схем в интерактивном режиме и формировать выходную документацию в виде электронных таблиц и ДС точного соответствия с применением сжатия двоичных векторов в короткие сигнатуры.

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы и выводы.

В приложениях приведены документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы в промышленности и в учебном процессе.



ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Установлено, что в ранее разработанных структурах ЦВС не были предусмотрены средства самодиагностики, применение которых существенно повышает эффективность производства и обеспечивает контролепригодность ЦВС на этапе эксплуатации.

Проведен сравнительный анализ известных структур ЦВС, по результатам которого предложена декомпозиция ЦВС на отдельные модули и определена обобщенная структурная схема самотестируемого ЦВС частот и сигналов.

Проведен сравнительный анализ методов обеспечения отказоустойчивости ЭС, который показал, что для ЦВС наилучшим образом подходит реализация самотестирования с размещением средств диагностики на кристалле.

Проведен сравнительный анализ методов тестового диагностирования цифровых устройств, показавший, для обеспечения самотестирования БИС ЦВС наилучшими характеристиками обладает группа методов сравнения с кодовым эталоном, в частности, сигнатурный анализ.

Проведен анализ моделей дефектов и сигналов цифровых схем, который показал, что при генерации тестов для БИС ЦВС целесообразно представлять дефекты схем моделью одиночных константных неисправностей, а для моделирования логических сигналов использовать девятизначный алфавит.

На основе анализа существующих систем и методов автоматической генерации тестов показано, что для обеспечения самодиагностики ЦВС наилучшим образом подходят методы генерации специализированного теста (на этапе проектирования и производства) и псевдослучайной последовательности (на этапе эксплуатации).

Проведен анализ методов генерации тестов, на основе которого осуществлен выбор 9V - алгоритма генерации тестов для реализации на ПЭВМ.

Проведен анализ методов документирования для поиска неисправностей и обоснована целесообразность формирования диагностических словарей точного соответствия с помощью систем автоматизированной генерации тестов на ПЭВМ.

Обосновано использование сигнатурного анализатора для сокращения объема и сложности диагностических словарей точного соответствия путем сжатия двоичных векторов, представляющих собой реакцию объекта диагностирования на тесты, в шестнадцатеричные сигнатуры.

Разработан алгоритм моделирования на ПЭВМ последовательных и параллельных сигнатурных анализаторов заданной разрядности.

Программно реализован на С++ алгоритм моделирования сигнатурного анализатора, позволяющий проводить выбор его разрядности и вида (последовательный или параллельный).

Разработана структура и состав математического и программного обеспечения системы автоматизированной генерации тестов для диагностирования цифровых узлов ЦВС на ПЭВМ на базе процессоров семейства Intel Pentium с комплектом штатной периферии.

Программно реализован на ПЭВМ детерминированный алгоритм генерации тестов, обладающий высоким быстродействием и приемлемой для практики полнотой диагностирования.

Разработана и внедрена в промышленность обобщенная структура перспективной БИС ЦВС, предусматривающая самотестирование.

Результаты теоретических исследований внедрены в учебный процесс в Арзамасском политехническом институте (филиале) Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева при чтении курса «Управление качеством электронных средств».



ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

а) Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Рязанов, А.В. Система автоматизированной генерации тестов для цифровых вычислительных синтезаторов частоты в интегральном исполнении/ А.В. Рязанов// Известия вузов. Поволжский регион. Технические науки. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та. - 2006. - № 6. - С. 293-301.

2. Рязанов, А.В. Структура перспективного цифрового вычислительного синтезатора частоты в интегральном исполнении/ А.В. Рязанов//Вестник Московского авиационного института - М.: Изд-во МАИ - 2007. - т.14, № 3. - С. 131-138.

б) Публикации по материалам научно-технических конференций:

3. Рязанов, А.В. Обеспечение отказоустойчивости цифровых вычислительных синтезаторов частоты/ А.В. Рязанов. - Сборник статей по материалам Всероссийской научно-технической конференции «Технологии в машино- и приборостроении на рубеже XXI века». - Нижний Новгород: НГТУ. - 2000. - С. 231 - 234.

4. Рязанов, А.В. Обеспечение отказоустойчивости цифровых вычислительных синтезаторов частоты/ А.В. Рязанов, В.Л. Ягодкин// Вестник ПГТУ "Аэрокосмическая техника". - 2000. - №7. - С. 79-85.

5. Рязанов, А.В. Отказоустойчивые возбудители частоты для мощных радиопередающих устройств/ А.В. Рязанов, С.В. Конкин, В.С. Станков. -IV Международная НТК "Радио, навигация и связь": Сборник статей. - Воронеж, 1998 г. - Воронеж: ВГТУ. - 1998. - Том 3. - С. 1427-1431.

6. Рязанов, А.В. Программная реализация метода сокращения объема диагностических словарей при автоматизированной генерации тестов для цифровых вычислительных синтезаторов частоты с помощью сигнатурного анализа / А.В. Рязанов. - Сборник статей по материалам докладов Всероссийской научно-технической конференции "Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении". - Нижний Новгород - Арзамас: НГТУ - АПИ НГТУ. - 2005. - С. 436 - 442.

7. Рязанов, А.В. Программная реализация метода сокращения объема диагностических словарей при автоматизированной генерации тестов для цифровых вычислительных синтезаторов частоты с помощью сигнатурного анализа / А.В. Рязанов, В.Л. Ягодкин. - LХI научная сессия, посвященная дню радио: Труды - М.: РНТО РЭС им. А.С. Попова. - 2006. - С. 327-329.

8. Рязанов, А.В. Программная реализация метода сокращения объема диагностических словарей при автоматизированной генерации тестов для цифровых вычислительных синтезаторов частоты с помощью сигнатурного анализа / А.В. Рязанов. - «Обработка сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения»: Материалы 15 Межрегиональной конференции Московского и нижегородского отделений НТОРЭС им А.С. Попова - Москва - Н.Новгород: РНТО РЭС им. А.С. Попова, - 2007. - С. 139-142.

9. Рязанов, А.В. Разработка отказоустойчивых цифровых вычислительных синтезаторов/ А.В. Рязанов. - Сборник статей по материалам докладов Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении», Нижний Новгород - Арзамас: НГТУ - АГПИ. - 2001. - С. 313 - 318.

10. Рязанов, А.В. Разработка отказоустойчивых цифровых вычислительных синтезаторов частоты/ А.В. Рязанов, Д.Н. Блинохватов, В.Л. Ягодкин. - "Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении" Сборник статей по материалам Всероссийской научно-технической конференции. - Нижний Новгород - Арзамас: НГТУ - Аф НГТУ. - 2002. - С. 468-473.

11. Рязанов, А.В. Разработка системы автоматизированной генерации тестов для цифровых вычислительных синтезаторов частоты/ А.В. Рязанов, С.А. Кляпнев. - "Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении": Сборник статей по материалам Всероссийской научно-технической конференции. - Нижний Новгород - Арзамас: НГТУ - Аф НГТУ. - 2002. - С. 454-460.

12. Рязанов, А.В. Разработка системы автоматизированной генерации тестов для цифровых вычислительных синтезаторов частоты/ А.В. Рязанов, С.А. Кляпнев. - "Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении": Сборник статей по материалам Всероссийской научно-технической конференции. - Нижний Новгород - Арзамас: НГТУ - Аф НГТУ. - 2004. - С. 438-443.

13. Рязанов, А.В. Структура перспективного цифрового вычислительного синтезатора частоты/ А.В. Рязанов. - LХIII научная сессия, посвященная дню радио: Труды - М.: РНТО РЭС им. А.С. Попова. - 2008. С. 131-133.

14. Рязанов, А.В. Структура перспективного цифрового вычислительного синтезатора частоты/ А.В. Рязанов. - LХIV научная сессия, посвященная дню радио: Труды - М.: РНТО РЭС им. А.С. Попова. - 2009. С. 261-263.

15. Рязанов, А.В. Обобщенная структура цифровых вычислительных синтезаторов частот для перспективных систем формирования сигналов/ А.В. Рязанов. - Всероссийский научно-технический семинар «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания», г. Воронеж: Сборник докладов - М.: ООО «Инсвязьиздат», 2009 г. С. 3-5

16. Ягодкин, В.Л. Обеспечение отказоустойчивости цифровых вычислительных синтезаторов частоты/ В.Л. Ягодкин, А.В. Рязанов. - LV научная сессия, посвященная дню радио: Труды. - М.: РНТО РЭС им. А.С. Попова. - 2000. - С. 95-96.

17. Ягодкин, В.Л. Разработка системы автоматической генерации тестов для отказоустойчивых цифровых вычислительных синтезаторов частоты/ В.Л. Ягодкин, А.В. Рязанов. - LVI научная сессия, посвященная дню радио: Труды. - М.: РНТО РЭС им. А.С. Попова. - 2001. - Том 1. - С. 173-175.

Размещено на Allbest.ru