Міністерство науки та освіти України

НТУУ „КПІ”

Лабораторна робота №6

з курсу:

„ Контроль та діагностика інформаційних систем ”

Виконав: студент гр. ДА-62

Середа О.О.

Київ 2009 г.

Задача: Сигнатурний аналіз та його застосування для контролю та діагностики цифрових пристроїв

Ціль: вивчити методику побудови сигнатур для контролю та діагностики цифрових пристроїв

Теорія:

Краткие теоретические свединия:

При контроле и диагностике сложных цифровых устройств, построен­ных на базе ИС, значительно возрастает объем данных, которые необ­ходимо обрабатывать для постановки диагноза. Это объясняется тем, что правильность работы таких цифровых устройств может быть однозначно охарактеризована при подходящем тесте только выходной последова­тельностью данных очень большой длины. Для современных микросхем с большой степенью интеграции, содержащих много внутренних состояний в силу наличия в схеме элементов "памяти" (триггеров, задержек и т.п.), длина информативной последовательности данных на выходах микросхем мо­жет быть до 10³ бит и более. Анализ длинных информационных последова­тельностей, даже с применением различных логических анализаторов, вы­зывает определенные трудности. Поэтому весьма важно иметь средства для сжатия, преобразования длинных потоков данных в системах и приборах работающих с нормальной рабочей скоростью, в краткие, простые для написания информативные показания, метки. Метки должны свидетельство­вать о том, что определенный узел схемы выдает правильную последова­тельность данных, а значит, работает правильно.

Приборы, осуществляющие такое сжатие информации в информативные метки, сигнатуры, называются анализаторами сигнатур (АС) или сигнатур­ными анализаторами.

Для успешного применения АС необходимо:

предусматривать возможность диагностики именно с помощью АС;

закладывать эту возможность в документацию на этапе проектиро­вания цифровых устройств.

Основными особенностями СА являются:

"сжатие" исходной информации, позволяющее заменить "эталоны", "образцы" проверяемого изделия сигнатурами с комментариями к ним в документации на это изделие;

"стимулирование" ЦУ во время проверки сигналами, которые выра­батываются в самом изделии.

Это особенно ценно при обслуживании и ремонте изделий, так как при проверке работоспособности и нахождении неисправности требуется только один прибор - анализатор сигнатур.

Сжатие данных

Рассмотрим принцип сжатия двоичной последовательности данных. Основным элементом АС является двоичный регистр с обратными связями, преобразующий входную двоичную последовательность в "метку" - сигна­туру контролируемого ЦУ. Как известно, сдвиговый регистр с обратной связью является генератором псевдослучайной двоичной последователь­ности (ПСП), текущий элемент d_i которой удовлетворяет рекуррентно­му соотношению

г де суммирование производится по модулю 2; т - память последова­тельности, однозначно определяющая количество триггеров задержки в регистре; a_i- равняется 1 или 0 и определяется соответствующим этой ПСП неприводимым полиномом.

При правильном выборе обратных связей регистр будет проходить через все возможные состояния из различных сочетаний т элементов, за исключением т нулей, а генерируемая последовательность – иметь максимальный период

При подаче на вход регистра (например, с т=4) двоичной последовательности через сумматор по модулю 2 (как это показано на рис. 5.9) произойдет наложение этой последовательности на ПСП, генерируемую регистром. Регистр сдвига (PC) может быть описан о помощью оператора преобразования D , который определяется как

X(t)= D X(t-1) , т.е. умножение на оператор D эквивалентно задержке сигнала

X(t-1) на период тактовых импульсов.

Рис. 5.9. Регистр сдвига с обратными связями

В схеме (рис. 5.9) на вход PC поступает результат суммирования по модулю 2 выходных символов последовательностей, взятых после пер­вого и четвертого элементов задержки, а также символа входной после­довательности. Следовательно, выражение для полинома, определяющего характер обратной связи, имеет вид

D⁴ x(t) + Dx(t) + x(t) или упрощенно х⁴ + x+ 1.

Как известно из теории кодирования, подача на вход генератора ПСП входной двоичной последовательности эквивалентна делению ее на поро­ждающий полином. В рассматриваемом случае этот полином имеет вид х⁴ + x³+ 1. Так как регистр сдвига с сумматором по модулю 2 в це­пи обратной связи является линейной цепью, то каждый символ входной последовательности имеет тот же вид, что и другие символы, поступающие на вход сумматора по модулю 2. Известно, что для линейного полинома справедливо равенство

Р(x+y) = Р(x)+ P(y). (5.3)

Пусть на генератор ПСП последовательно подаются три различные последовательности x , y и z=x+y

x=11110001001101011110

y=00010000000000000000;

z=11100001001101011110.

Выходная ПСП Q регистра удовлетворяет приведенному соотноше­нию, т.е.

Q(Z)= Q(X) + Q(Y). Причем двоичная последователь­ность y содержит один символ "единица", а остальные - "нуль", по­этому различие между x и z лишь в одной двоичной единице. Тем не менее, Q(Z) существенно отличается от Q(X), так как они являются результатом деления входных последовательностей на порождающий поли­ном. Если зафиксировать состояние триггеров регистра (рис. 5.10) после поступления всех 20 символов последовательностей и сравнить остатки, т.е. символы, записанные в регистре, то они также будут различны :R(x) = 0101, R(y) = 0011 и R(z)= 0110.

Результати роботи:

(input signals, output signals):

1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1

0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1

1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0

0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0

1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1

0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1

1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0

0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0

1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1

0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1

1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0

0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0

1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1

0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1

1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0

1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0

0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0

1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0

0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0

1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0

0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0

1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0

1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0

0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0

1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0

0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0

1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0

0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0

1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0

0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0

1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0

0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0

1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0

0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0

1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0

0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0

1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0

0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0

1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0

0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0

1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0

0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0

1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0

1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0

1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0

0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0

1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0

1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0

0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0

1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0