ОДИН З ПРИКЛАДіВ ВИКОРИСТАННЯ МЕТОДУ ПОШУКУ НЕСПРАВНОСТЕЙ У СКЛАДНИХ ЕЛЕКТРОННИХ ПРИЛАДАХ З УРАХУВАННЯМ ЗОВНіШНіХ ФАКТОРіВ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.02

е.в. Н1К1ТЕНКО*

ОДИН З ПРИКЛАД1В ВИКОРИСТАННЯ МЕТОДУ ПОШУКУ НЕСПРАВНОСТЕЙ У СКЛАДНИХ ЕЛЕКТРОННИХ ПРИЛАДАХ З УРАХУВАННЯМ ЗОВН1ШН1Х ФАКТОР1В

Чернiгiвський нащональний технологiчний унiверситет, 4epHiriB, Украша

Анотаця. Проведено експериментальну перевгрку розробленого методу пошуку несправностей з урахуванням зовтштх фактор1в. Результати показали быьшу ефектившсть пол1пшеного методу в пор1внянт з базовим. Особливост1 розробленого методу, який застосовуеться при д1агностищ складних електронних пристрогв, дозволять швидше знайти несправний блок у схем1. Ключовi слова: д1агностика, несправмсть.

Аннотация. Проведена экспериментальная проверка разработанного метода поиска неисправностей с учетом внешних факторов. Результаты показали большую эффективность улучшенного метода по сравнению с базовым. Особенности разработанного метода, который применяется при диагностике сложных электронных устройств, позволят быстрее найти неисправный блок в схеме.

Ключевые слова: диагностика, неисправность.

Abstract. The experimental verification of the developed fault finding method taking into account the external factors was conducted. The results showed higher efficiency of improved method compared to the basic approach. Particularities of this method which is used in the diagnosis of complex electronic devices will allow quickly identify the faulty unit in the scheme. Keywords: diagnostics, fault.

1. Вступ

Контроль, д1агностику i налаштування радюелектронно! апаратури проводять програмни-ми та апаратними методами. Пщприемствами розробляються спещальш шструкцп для ко-ристувачiв i дiагностичнi програми, що додаються до виробiв у виглядi техшчного опису, вбудованого програмного забезпечення або спещальних програм на ноаях шформацп. 1х можна умовно подшити на двi групи: POST (Power-On Self Test - програма самоперевiрки при включенш) та спецiалiзованi дiагностичнi програми [1]. Складнють програм та i'x по-тенцiйнi можливостi на кожному наступному рiвнi, як правило, зростають.

Програми POST представляють собою послiдовнiсть коротких програм, як знахо-дяться в ПЗУ, призначеш для перевiрки основних компонентiв системи безпосередньо шс-ля ii включення i запускаються при включенш системи. Зазвичай перевiряються централь-ний процесор, ПЗУ, системнi плати, оперативна пам'ять i основнi перифершш пристро!. Ui тести виконуються швидко i не надто ретельно в порiвняннi з дiагностичними програмами, записаними на дисках. Якщо при виконанш програми POST виявляеться несправний компонент системи, то видаеться повщомлення про помилку або попереджувальний сигнал. Якщо несправшсть досить серйозна ("фатальна помилка"), то подальше завантаження системи припиняеться i видаеться повщомлення, за яким можна визначити причину несправ-носп.

Спецiалiзованi дiагностичнi програми - це набори теспв для повно! перевiрки всix компонентiв систем i складних приладiв, якi записуються на окремому дiагностичному диску. Дагностичш програми передбаченi двох рiвнiв. Перший рiвень - це загальна дiаг-ностика, яка орiентована на користувачiв. Так як процедури пошуку несправностей у бь льшостi сучасних систем досить просп, у користувачiв зазвичай не виникае труднощiв при робот з програмами загально! дiагностики. Другий рiвень - теxнiчний, вiн розрахований

© Нштенко е.В., 2014

ISSN 1028-9763. Математичш машини i системи, 2014, № 2

на фахiвцiв. Повщомлення про помилки виводяться у виглядi кодiв, за якими можна ви-значити причину несправносп або звузити коло ii пошуюв.

2. Анал1з досл1джень i публжацш

Метод, описаний в роботi [2], спрямований на пошук несправностей для склад них елект-ронних пристроiв. Цей метод дае можливiсть скоротити час на пошук несправного блока, а також локалiзувати зону його пошуку за рахунок урахування зовнiшнiх факторiв. Розгля-немо роботу методу на прикладi складного електронного пристрою. Як такий вiзьмемо ноутбук Sony з материнською платою ш750 [3] (рис. 1).

Рис. 1. Схема з'еднання блоюв плати Sony m750

Схема, що зображена на рис. 1, досить просто може бути представлена у виглядi функщональних лопчних елементiв. Бiльшiсть iз елементiв плати мають один вхiд та один вихщ.

3. Опис схеми у вигляд1 функцiонально-логiчних блокчв

Опишемо ноутбук у системi пошуку несправностей, вказуючи внутрiшнi зв'язки i зв'язки мiж блоками. Будемо вважати, що вс лшп зв'язку справнi, тому не видшяемо !х в окремi функщональш елементи (рис. 2).

Розглянемо для прикладу такий сценарш: ми отримуемо данi по витiй парi, яю пе-редаються в ноутбук через порт Ю45. Отриманi данi повинш пройти обробку i передавати-ся далi на зовнiшнiй екран через порт DVI. Вважаемо, що шформащя точно приходить i що пристрш, пiдключений до порту DVI, справний. Ми можемо спостер^ати тiльки за станом входу i виходу. Про справшсть або несправнiсть iнших виходiв ми нiчого не знае-мо. Якщо за якими-то причинами ми перестали отримувати сигнал на виходi порту DVI, приймаемо це за несправшсть.

Рис. 2. Представления материнсько! плати у вигляд1 функцюнально-лопчних блоюв

(спостер1гаеться один вихвд)

Для того, щоб знайти список елементiв, якi необ-xiдно перевiрити при появi несправносп на виxодi порту DVI, активуемо кнопку "Calculate". Нам пропонуеть-Рис. 3. Меню вказ1вки иеспpaвииx виходхв ся вказати виходи, на яких

спостер^аеться неспpaвнiсть. Так як ми кон-тролюемо тiльки вихщ OUT1, то вказуемо тiльки його (рис. 3).

Вже на наступному крощ ми отримуе-мо нaбip виводiв, якi необxiдно пеpевipити. Для кожного з них необхщно вказати даш про температуру i волопсть, а саме: допусти-мий мшмум i максимум, а також середне значення пiд час експлуатацп (рис. 4).

На даному етат необхщно, по можли-востi, якомога точшше i повною мipою вказати даш про виводи функцюнальних блоюв. Нам потpiбно знати iнфоpмaцiю, яка взята з техшчно! документaцii кожного блока тшьки для певних виводiв, а не абсолютно всix у пристро!.

Представимо дaнi про зовшшш факто-ри у виглядi табл. 1 i 2.

Нехай ми знаемо, що ноутбук викори-стовувався при темпеpaтуpi -5 °C i вщноснш

Рис. 4. Меню зазначення даних про зовшшш фактори

вологосп пов^ря 50%.

Таблиця 1. Даш про температуру для певних виводiв

№ п/п М!шмальна Максимальна Середне зна-

1м'я блока границя границя чення темпера-

температури, °C температури, °C тури, °C

1 RJ45 y1 -25 125 -5

2 Netswap NS681601P y1 0 70 -5

3 M88E8040 y1 10 115 -5

4 Winbond -10 100 -5

WPCE775L y1

5 South Bridge ICH9-M y1 0 95 -5

6 North Bridge GM45/PM45 y1 0 100 -5

7 North Bridge GM45/PM45 y2 0 100 -5

8 AMD 0 60 -5

M82SCE XT y1

9 DVI y1 -40 85 -5

Таблиця 2. Даш про волопсть для певних виводiв

№ п/п М!шмальна Максимальна Середне

IM'A G^OKa границя вологосп, % границя вологосп,% значення вологосп,%

1 RJ45 y1 0 100 50

2 Netswap NS681601P y1 0 80 50

3 M88E8040 y1 0 90 50

4 Winbond 0 75 50

WPCE775L y1

5 South Bridge ICH9-M y1 0 80 50

6 North Bridge GM45/PM45 y1 0 80 50

7 North Bridge GM45/PM45 y2 0 80 50

8 AMD 0 90 50

M82SCE XT y1

9 DVI y1 0 100 50

У табл. 1 з даними про температуру бачимо, що були порушеш умови експлуатацп шести елеменпв, так як -5 °С не входить у дiапазон допустимих для цих компоненпв температур. Значення вiдносноi вологостi для вах компонентiв знаходяться в межах норми (табл. 2).

У табл. 1 у колонщ, де зазначено середне значення температури експлуатацп, у вах рядках одне i те ж число. Материнська плата ноутбука представляе собою один пристрш: ус компоненти, що знаходяться на нш, перебувають в однакових температурних умовах. Значення в цш колонцi можуть вiдрiзнятися, якщо елементи пристрою перебували в рiзних умовах експлуатацп. Таке може бути, наприклад, в системi вимiрювання температури на пiдприемствi, коли рiзнi датчики експлуатуються в рiзних температурних умовах.

4. Результат роботи методу

Провiвши коригування ваг, ми отримаемо кшцевий ваги. Слщуючи значенням ваг, отримуемо порядок, ональш блоки у пристро! (рис. 5).

Рис. 5. Результат роботи методу

результат, в якому зазначеш остаточш в якому необхщно перевiряти функщ-

У результат в самш правш колонщ таблиц на рис. 5 бачимо значения ваг, яю визначають порядок пе-рев1рки елеменпв у при-строi. У першу чергу повинен бути перев1рений Netswap у1, так як значення ваги цього елемента мае найбшьше значення, а саме 27.62. Якби ми не врахову-вали в розрахунках шфор-мацш про зовшшш фактори (базовий алгоритм), то еле-мент Netswap у1 повинен бути перев1реним другим.

Розглянемо ще ситуацiю з RJ45. У базовому алгоршад вiн повинен бути перевiре-ний першим, але так, як вш експлуатувався згiдно з його техшчними характеристиками, то i перевiряти його варто тiльки пiсля тих елеменпв, чи! умови експлуатацп не дотримува-лися, тому що ймовiрнiсть виходу з ладу таких блоюв вища.

До цього ми розглядали випадок, коли спостерiгався тiльки один вхщ i один вихiд, в результат чого ми отримали дев'ять елементiв, якi слiд перевiрити.

Розглянемо випадок, коли ми знаемо даш про стан шших виходiв пристрою. Нехай на екраш ноутбука е зображення, тобто вщображаються коректнi даш. Екран ноутбука представлений виходом RGB. А на виходi DVI також спостер^аемо вщсутшсть сигналу. Додамо на схему ще один вихщ типу OUT, який показуе стан даних на виходi блока RGB (рис. 6).

jij Fault search system ^^

Half Mini-Card PCIE

ТИТЕ.

Рис. 6. Представления пристрою у вигляд1 функщонально-лопчних блошв (спостер1гаються два виходи)

На наступному етат, коли буде запропоновано вказати несправш блоки, ми вкаже-мо тшьки вихiд OUT1, а OUT2 вщзначимо як справний. У результат ми отримаемо значно меншу кiлькiсть виводiв, якi необхiдно перевiряти, а саме три, якi представлен в табл. 3.

Таблиця 3. Елементи, як слiд перевiрити

№п/п Назва блока

1 North Bridge y2

2 AMD M82SCE XT y4

3 DVI y1

Вкажемо даш про зовнiшнi фактори i отримаемо кiнцевий порядок перевiрки для цих елементiв (рис. 7).

Варто звернути увагу на те, що базовий метод виводам North Bridge y2 i AMD M82SCE XT y4 присвоив однакову вагу, так як для нього вони виглядають як елементи одного рiвня. Метод з урахуванням зовшшшх

факторiв (полшше-ний метод) успiшно вирiшуе цю проблему i визначае однознач-ний порядок перевiр-ки елементiв. Чим бшьше вказали даних про стан пристрою, тим ефектившше спрацював метод, тим менше елементiв потрiбно перевiряти, що прискорюе пошук несправного блока.

Ми розгляну-

Рис. 7. Результат роботи методу (спостер1галося два виходи пристрою)

ли весь цикл пошуку списку елементiв, що пiдлягають перевiрцi при появi несправностi на виходi DVI ноутбука Sony. У даному випадку використовувалося два зовшшшх фактори: волопсть i температура навколишнього середовища, при яких використовувався ноутбук.

5. Пор1вняння базового та полiпшеного методiв

Проведемо порiвняння базового та полшшеного методiв при рiзних умовах i вхiдних даних. Для цього в систему, що реалiзовуе полшшений метод, була додана функцiональнiсть, яка дозволяе генерувати випадковi схеми функщонально-лопчних блокiв. Можна було б цей етап провести i шляхом ручного завдання схем, але це вимагало дуже багато часу.

Був програмно реалiзований алгоритм, що генеруе схеми функщонально-лопчних елементв вiдповiдно до вказаних вхiдних параметрiв, а саме:

- кшькють функцiонально-логiчних елементiв у схемц

- максимальна кiлькiсть входiв функщонально-лопчного елемента;

- мiнiмальна кiлькiсть входiв функцiонально-логiчного елемента;

- максимальна кшьюсть виходiв функцiонально-логiчного елемента;

- мшмальна кiлькiсть виходiв функцiонально-логiчного елемента;

- максимальна кшькють контактiв, до яких може бути приеднаний один вихщний контакт функщонально-лопчного елемента;

- максимальна кшьюсть тдконтрольних вхiдних елементiв (тип IN);

- максимальна кшьюсть тдконтрольних вихщних елементiв (тип OUT).

Далi представлений основний код класу, який генеруе схеми пристро'1'в за вказани-ми параметрами.

public class RandomSchemaGenerator {

private int COUNT_OF_NODES = 40; private int MAX_COUNT_INPUT = 5; private int MAX_COUNT_OUTPUT = 4; private int MAX_EXTERNAL_CONNECTIONS = 1; private int COUNT_NODES_TO_INPUTS = 4; private int COUNT_NODES_TO_OUTPUTS = 4;

private Random randomGeneretor = new Random(System.currentTimeMillis());

public void generateNodes() {

List<Node> nodes = new ArrayList<Node>(); List<Node> nodesTolnputs = new ArrayList<Node>(); List<Node> nodesToOutputs = new ArrayList<Node>(); for (int k = 0; k < COUNT_OF_NODES; k++) {

int countlnputs = randomGeneretor.nextInt(MAX_COUNT_INPUT) + 1; int countOutputs = randomGeneretor.nextInt(MAX_COUNT_OUTPUT) + 1; List<ContactDB> contacts = new ArrayList<ContactDB>(); ContactDB tmp = null;

for (int i = 1; i <= countInputs; i++) {

tmp = new ContactDB("x" + i, true, i); contacts.add(tmp);

DBManager.getInstance().saveContact(tmp);

}

for (int i = 1; i <= countOutputs; i++) {

tmp = new ContactDB("y" + i, false, i); contacts.add(tmp);

DBManager.getInstance().saveContact(tmp);

}

Node n = new Node(PositionCounter.getNextPosition(), 55, countInputs, countOutputs, Kind.TYPICAL);

n.name = "Node " + PositionCounter.getNextNumber(); DBManager.getInstance().saveNode(n); n.contacts.addAll(contacts) ;

DBManager.getInstance().updateNodeCotacts(n); List<ContactDB> inputs = n.getAllInputs(); List<ContactDB> outputs = n.getAllOutputs(); for (ContactDB c : inputs) {

int contactConnections =

randomGeneretor.nextInt(outputs.size()) + 1;

Set<Integer> connectTo =

getCountRandomNumbersInRange(contactConnections, outputs.size());

for (Integer contNumber : connectTo) {

ContactDB toDB = outputs.get(contNumber); DBManager.getInstance().saveLink(new Edge(n, n, c,

toDB));

}

}

nodes.add(n);

if (k < COUNT_NODES_TO_INPUTS) { nodesToInputs.add(n);

}

if (k > COUNT_O F_NODE S - COUNT_NODES_TO_OUTPUTS) { nodesToOutputs.add(n);

}

}

List<ContactDB> outputs; List<ContactDB> inputs; for (Node n : nodes) {

if (nodesToOutputs.contains(n)) {

List<ContactDB> connectOutType = n.getAllOutputs(); for (ContactDB toOutType : connectOutType) {

Node outNode = generateInOutNode(false); DBManager.getInstance().saveLink(new Edge(n, outNode,

toOutType, outNode.getAllInputs().get(0)));

}

continue;

}else if(nodesToInputs.contains(n)){

ISSN 1028-9763. MaTeMaTKHHi MamiHi i cncTeMK, 2014, № 2

157

List<ContactDB> connectlnType = n.getAllInputs(); for (ContactDB toInContact : connectlnType) { Node inNode = generatelnOutNode(true);

DBManager.getInstance().saveLink(new Edge(inNode, n, inNode.getAllOutputs().get(0), toInContact));

}

}

&&

outputs = n.getAllOutputs(); for (ContactDB out : outputs) {

for (int t = 0; t < MAX_EXTERNAL_CONNECTIONS; t++) { boolean isFind = false; Node toN = null; while (!isFind) {

int numb

randomGeneretor.nextInt(nodes.size());

toN = nodes.get(numb); if (!toN.id.equals(n.id)

!nodesToInputs.contains(toN)) {

isFind = true;

}

}

inputs = toN.getAllInputs();

int inputNumber =

randomGeneretor.nextInt(inputs,size());

DBManager.getInstance().saveLink(new Edge(n, toN, out,

inputs.get(inputNumber)));

}

}

}

}

private Set<Integer> getCountRandomNumbersInRange(int count, int max) { Set<Integer> rez = new HashSet<Integer>(); while (rez.size() < count) {

rez.add(randomGeneretor.nextInt(max));

}

return rez;

}

private Node generateInOutNode(boolean isIn) { Node node; if (isIn) {

node = new Node(PositionCounter.getNextPosition()

Kind.IN)

Kind.OUT)

node.name = "IN " + PositionCounter.getNextIn(); } else {

node = new Node(PositionCounter.getNextPosition() node.name = "OUT " + PositionCounter.getNextOut();

55,

55,

1

1

1

1

ContactDB in = new ContactDB("x1", true, 1); ContactDB out = new ContactDB("y1", false, 1); DBManager.getInstance().saveNode(node);

.saveContact(in); .saveContact(out);

DBManager.getInstance() DBManager.getInstance() node.contacts.add(in); node.contacts.add(out);

DBManager.getInstance().updateNodeCotacts(node) return node;

Була проведена генерацiя схем при рiзнiй кiлькостi блокiв i рiзних даних про зовнь шш фактори. Для кожного випадку було зроблено 20 експериментальних запускiв системи. Ц^е! кiлькостi цiлком достатньо для визначення точного значення результату по вщношен-

ню до поставлених нами умов. На графшах зображено середне значення, отримане за цими експериментами.

Основною метою е визначення, наскшьки швидше полiпшений метод дозволяе знайти несправний блок у схемь При генерацп схеми функщонально-лопчних елементiв кожному блоку присвоюеться порядковий номер.

Будемо вважати, що у пристро! вийшов з ладу один елемент. Для вах експеримен-тв повиннi бути рiвнi умови, тому за несправний блок приймаемо той, що знаходиться по-середиш схеми. Наприклад, якщо в генерованому пристро! 50 блокiв, то несправний мати-ме номер 25, якщо 100, то 50-й, якщо 200, то 100-й.

Графк на рис.

8 показуе, що кшь-кють елеменпв, якi необхiдно перевiрити до виявлення несправного, абсолютно зб^аеться для базового методу i методу з урахуванням зовшш-нiх факторiв, при умовi, що використо-вуеться полiпшений метод, але даш про зовнiшнi фактори вщ-сутнi. Так як данi про температуру i воло-гiсть невщом^ то i ваги не змшюються вiд-носно тих, що визна-ченi базовим алгоритмом. Так само важли-вим результатом, який бачимо на цьому гра-фшу, е те, що навпь за вiдсутностi необхщно! шформацп полшше-ний метод не погiршуе результат, отриманий вщ базового методу.

Графiк на рис.

9 показуе зменшення кiлькостi елеменпв у методi з урахуванням зовшшшх факторiв, якi необхiдно перевь

рити до того, як дшдемо до несправного елемента. Шсля нескладних шдрахунюв вщзна-чимо, що полiпшений метод швидше виявить несправний елемент у порiвняннi з базовим на 11,3%.

На рис. 10 показаний графш залежносп елеменпв, якi необхiдно перевiрити до ви-явлення несправностi, вщ кiлькостi елементiв в електронному пристро!. Це найбiльш ефек-тивнi умови роботи полшшеного методу, так як присутш всi необхiднi данi про зовшшш

52

ш 50 100 200

Кьпшсть е/емент|Е в схем!, шт.

□ Базовой метод □ Метод з врахуванням зовжшжх факторт

Рис. 8. Залежшсть кшькосп елеменпв, як необхщно перев1рити для виявлення несправного (даш про зовшшш фактори вщсутш)

50

I 40

§ 35 = 30

| 25

I" 20

I 15'

52

2

К1льк!сть елемент!в в схем|, шт □ Базовий метод □ Метод з врахуванням зовшшых факторт

Рис. 9. Залежшсть кшькосп елеменпв, як необхщно перев1рити для виявлення несправного (даш про зовшшш фактори вщом1 ильки для половини елеменпв)

фактори. Метод показав зменшення часу пошуку несправного блока в по-рiвияииi з базовим методом на 18%.

Розглянемо один iз приграничних випадкiв при пошуку несправного елемента, коли середиi значення всiх факторiв виходять за !хш межi (рис. 11). Таке може бути при грубому порушенш умов експлуатацп елект-ронного пристрою. У цьому випадку метод з урахуванням зовиiшиiх факторiв змiиить значення ваг вах елемеитiв, але вс вони збiльшаться на одне i те ж число (кшь-кiсть елементiв, якi тд-лягають перевiрцi), що нiяким чином не змшюе порядок перевiрки блокiв при виявленш несправ-ностi на одному з вихо-дiв. Тому в цьому випад-ку полiпшений алгоритм показуе таю ж результата, як i базовий.

6. Висновки

У робот проведено експериментальну перевiрку розробленого методу пошуку несправно-стей з урахуванням зовшшшх факторiв. Результати показали бшьшу ефективнiсть полш-шеного методу в порiвняннi з базовим. Викладеш особливостi розроблених дiагностичних методiв, якi застосовуються при дiагностицi складних електронних пристро!в, дозволять швидше знайти несправний блок у схемь

На закшчення слiд пiдкреслити, що розробка нових методiв для дiагностики сучас-но! апаратури е актуальним i соцiально значимим завданням сучасного приладобудування.

СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ

1. Глушков С.В. Персональный компьютер: учебный курс / С.В. Глушков, И.В. Мельников. - М.: «АСТ», 2000. - 512 с.

2. Метод пошуку несправностей в складних електронних приладах з урахуванням зовшшшх фак-тор1в / С.В. Нштенко // Математичш машини i системи. - 2014. - № 1. - С. 70 - 79.

3. M750 Main Board [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://zremcom.ru/scheme/scheme-sony/file/754-scheme-sony-m751pvtmb0627vgn-sr55e-m754h-mbx-190.

Стаття над1йшла доредакцп 07.02.2014

52

2

__

11—

Ктьюсть элементе в cxeMi, шт. □ Базовий метод HI Метод з врахуванням зовьиштх фактора

Рис. 10. Залежнiсть кiлькостi елеменпв, якi необхiдно перевiрити для виявлення несправного (даш про зовнiшнi фактори вiдомi для всiх елементiв)

Ктьюсть e/ieivieHTiB в cxeMi, шт. □ Базовий метод □ Метод з врахуванням зовышшх факторю

Рис. 11. Залежшсть кiлькостi елементiв, якi необхщно перевiрити для виявлення несправного (умови експлуатацп вшх блокiв у пристро! - порушенi)