第4章電子電路故障

第4章微機系統(tǒng)測試算法概述 微機系統(tǒng)測試的基本特點及測試方法概述第4.1節(jié)存儲器測試算法RAM測試ROM測試第4.2節(jié)微機系統(tǒng)測試基本概念CPU算法測試CPU功能測試利用應用程序測試電子科大CAT室第4章微機系統(tǒng)測試算法微機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)CPUROMRAMI/O總線微機系統(tǒng)組成：CPU,RAM,ROM,I/O特點：微機系統(tǒng)是一個結(jié)構(gòu)和功能都十分復雜的系統(tǒng)；內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般不可知；測試：不能作結(jié)構(gòu)性測試；只能作運行性測試--非完備性測試；分功能塊（CPU,RAM,ROM,I/O）測試；CPUROMRAMI/O內(nèi)部總線電子科大CAT室第4.1節(jié)存儲器測試算法

1.在硬件系統(tǒng)出廠前要進行產(chǎn)品測試；在嵌入式系統(tǒng)工作之前，一般也要進行自檢，其中ROM和RAM檢測必不可少.2.在出廠和使用前應該校驗這兩種芯片的好壞。測試RAM的方法是寫讀各個內(nèi)存單元，檢查是否能夠正確寫入測試ROM的方法是累加各存儲單元數(shù)值并與校驗和比較。

電子科大CAT室第4.1節(jié)存儲器測試算法 RAM—隨機存取存儲器：讀/寫存儲器功能測試存儲器

ROM—只讀存儲器：讀功能測試存儲器結(jié)構(gòu)：存儲單元陣列讀寫檢測放大器列地址譯碼及緩存行地址譯碼及緩存I/O地址線地址線讀/寫線電子科大CAT室第4.1.1節(jié)RAM測試RAM生產(chǎn)可能出現(xiàn)的問題：（1）生產(chǎn)工藝不過關，過孔打歪了，與臨近信號線距離不滿足線規(guī)甚至打在了線上。（2）由于搭錫引起的信號線粘連。（3）虛焊/漏焊引起的接觸不良（4）不按規(guī)程操作，把手印兒印在了高頻線上。（5）板子臟了也不吹，覆蓋了一層灰塵(內(nèi)含金屬微粒)。

電子科大CAT室第4.1.1節(jié)RAM測試RAM生產(chǎn)可能出現(xiàn)的現(xiàn)象：（1）地址線A0和A1粘連。讀出XXX00、XXX01、XXX10三個字節(jié)的數(shù)據(jù)完全一樣。（2）數(shù)據(jù)線D0和D1粘連。D0和D1只要有一個為0，那么兩條線都為0。（3）接觸不良。時好時壞。（4）器件表面處理不干凈，有助焊劑殘留。低速訪問正常，大負荷高速訪問頻繁死機。

電子科大CAT室第4.1.1節(jié)RAM測試1.RAM故障類型：

（1）尋址故障地址引線折斷；地址譯碼器壞；I/O晶體管擊穿；

（2）存儲單元損壞存儲單元s-a-0/s-a-1故障；

（3）響應時間變漫（電容性負載變大，開關響應變慢）重寫：同一數(shù)據(jù)重復寫入二個或三個存儲單元；重讀：讀一個存儲單元胡內(nèi)容時，重復讀出二或三次；

（4）存儲單元間胡寄生耦合數(shù)據(jù)竄漏；對數(shù)據(jù)花樣敏感；

（5）刷新故障動態(tài)RAM保持時間變短，數(shù)據(jù)丟失；電子科大CAT室第4.1.1節(jié)RAM測試2.測試的基本原則（1）尋址的唯一性---測試地址譯碼器工作是否正常存儲單元的存在性存儲單元的可區(qū)分性（2）可讀/寫性---測試讀/寫功能是否正常可靠寫數(shù)據(jù)可靠讀數(shù)據(jù)（3）存儲單元相互之間的干擾性---測試數(shù)據(jù)花樣的敏感性相鄰行列干擾全部行列干擾（4）數(shù)據(jù)的保持性----存儲單元對數(shù)據(jù)的保持能力數(shù)據(jù)寫入后正確的讀出能力動態(tài)刷新能力電子科大CAT室第4.1.1節(jié)RAM測試3.測試方法

關鍵：讀/寫測試測試圖形樣式（1）行進法（Marching）先寫入全0讀出第一個存儲單元，應為0寫入1讀出應為1重復上述步驟，直到全部單元測試完， 此時存儲單元應全為1讀出第一單元，應為1依次寫0，讀0全部單元測試完成，應全為000000010000000000001111111111111111111110000電子科大CAT室第4.1.1節(jié)RAM測試上述測試可用公式表示：式中：Cij

第i行第j列存儲單元

RCij讀出存儲單元

W(1)Cij將1寫入Cij

單元

W(0)Cij將0寫入Cij

單元 全部Cij

的集合 在集合內(nèi)的總和“,”各有序操作之間的分隔符“0”或”1”下標，背景為1或0 測試復雜度測試過程的繁瑣程度------讀/寫操作次數(shù)。如果存儲器的單元數(shù)為N，則復雜度為：

N+3N+3N=7N

如N=4K個單元，每次讀或?qū)懖僮髦芷跒?00ns

測試時間T=7X4KX500ns=14ms電子科大CAT室第4.1.1節(jié)RAM測試改進：寫入后，讀1和讀0放到下一循環(huán)中讀，即有：復雜度變?yōu)椋篘+2N+2N=5N行進法可測試的特性有：地址唯一性單元干擾和鄰近干擾數(shù)據(jù)敏感性電子科大CAT室第4.1.1節(jié)RAM測試（2）走步法（Walking)在全0的背景下，對一個單元寫入一個1；讀出全部單元內(nèi)容，其結(jié)果除寫入1的單元外均為0；將0寫入該單元，即又為全0；再對另一單元重復上述過程，到全部單元走完為止；000000000000000000000000000000001走1全讀1全讀11111111111111110走0全讀公式：電子科大CAT室第4.1.1節(jié)RAM測試改進：寫入后，讀1和讀0放到下一循環(huán)中讀，即有：復雜度變?yōu)椋篘+2N+2N=5N行進法可測試的特性有：地址唯一性單元干擾和鄰近干擾數(shù)據(jù)敏感性電子科大CAT室第4.1.1節(jié)RAM測試（2）走步法（Walking)在全0的背景下，對一個單元寫入一個1；讀出全部單元內(nèi)容，其結(jié)果除寫入1的單元外均為0；將0寫入該單元，即又為全0；再對另一單元重復上述過程，到全部單元走完為止；000000000000000000000000000000001走1全讀1全讀11111111111111110走0全讀電子科大CAT室第4.1.1節(jié)RAM測試公式：復雜度：2（1+N+1)N+2N=2N2+6N走步法的變形：00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001111走列1100走補列11111111走雙列1111走對角線電子科大CAT室第4.1.1節(jié)RAM測試（3）奔跳法跳列跳對角線乒乓法恢復奔跳法（4）棋盤法（5）移動倒轉(zhuǎn)法0000000000000000Cij010110100101101010000000000000000111111111111111各種方法（測試圖形）各有優(yōu)點，可以根據(jù)需要選擇！電子科大CAT室第4.1.2節(jié)ROM測試測試ROM的真正目的是保證程序完整性:

嵌入式軟件和啟動代碼存放在ROM里，不能保證長期穩(wěn)定可靠，因為硬件注定是不可靠的。以FLASHROM為例，它會由于以下兩種主要原因?qū)е鲁绦驌]發(fā)：

1.受到輻射。本身工作在輻射環(huán)境里/運輸過程中受到輻射（如過海關時被X光機檢查）。

2.長時間存放導致存儲失效，某些0、1位自行翻轉(zhuǎn)。

電子科大CAT室第4.1.2節(jié)ROM測試ROM只讀存儲器----只讀，存放程序或固定數(shù)組等測試方法：校驗和----Checksum

求全部ROM代碼的校驗和，再與正常工作時存入的校驗和比較。如二者一致則ROM無故障，否則，就有故障。實施：ROM相鄰存儲單元內(nèi)容逐項半加；再計算機或帶微機的儀器中，在開機自檢時都必須對RAM和ROM進行測試?。?！sum比較電子科大CAT室第4.1.2節(jié)ROM測試電子科大CAT室ROM只讀存儲器----只讀，存放程序或固定數(shù)組等：0x88,0x82,0xf0,0x00,0x85,0x90,0x20,0xe5,0x20,0x5b,0x60,0xf8,0x09,0xb9,0x04,0xe3,0xeb,0x23,0xfb,0x08,0xb8,0x07,0xda,0x79,0x00,0x90,0x06,0x60,0xe9,0x93,0x90,0x00,0x01,0xf0,0x85,0x90,0x20,0x30,0x01,0xfa,0x09,0xb9,0x10,0xed,0x75,0x10,0x40,0x75,0x11,0x40,0x75,0x12,0x40,0x75,0x13,0x40,0x75,0x14,0x40,0x75,0x15,0x40,0x7d,0x00,0x79,0x40,0x77,0x0a,0xe9,0x24,0x10,0xf9,0x0d,0xbd,0x0b,0xf6,0x78,0x40,0x79,0x40,0x7a,0x00,0x7c,0x00,0x7f,0x00,0x75,0xd0,0x00,0x75,0x26,0x00,0x75,0x22,0x00,0x75,第4.1.2節(jié)ROM測試電子科大CAT室應用于桌面的PXI混合信號測試系統(tǒng)第4.2節(jié)CPU測試CPU測試的復雜性

新的故障模型：S-a-0/s-a-1Bitj=0/1時，bitis-a-0/1Bitj=0/1時，biti不能從01/10Bitj與biti作用相互顛倒，出現(xiàn)錯亂對指令花樣的敏感性，對不同指令的組合有不同的執(zhí)行時間等等?。?/p>

CPU內(nèi)部各功能塊之間故障的相互影響

CPU與外部ROM,RAM及I/O之間的相互影響電子科大CAT室第4.2.1節(jié)CPU算法產(chǎn)生測試基本步驟：將CPU功能分塊利用指令集分別對各功能塊進行測試由小到大策略，程序計數(shù)器寄存器其它功能塊根據(jù)上述測試過程整理出測試算法，生成測試圖形（矢量）以Intel8080為例

指令

可測試的功能塊MOV,MVI

寄存器組RLC,RRC,DAA

AADD,ADI,CMPALUINX,DAD

BC,DECALLn,JMP

PC,SPPUSH,POP

SPNOP

PC指令寄存器Z指令譯碼器Y累加器A計算單元ALU內(nèi)部總線BC,DE,HLSPPC控制定時寄存器組電子科大CAT室第4.2.1節(jié)CPU算法產(chǎn)生測試測試流程：初始化測PC測寄存器測SP測ALU測A完成所用指令開機復位，0PCNOPMOVr1,r2PUSH,POPADDRLC,ADD電子科大CAT室第4.2.2節(jié)CPU功能測試算法基本步驟：1.CPU通用模型2.故障模型3.通用化測試算法1.CPU通用模型指令寄存器Z指令譯碼器Y累加器A計算單元ALU內(nèi)部總線BC,DE,HLSPPC控制定時寄存器組CPU通用模型電子科大CAT室第4.2.2節(jié)CPU功能測試算法2.故障模型

沒有選到數(shù)據(jù)源（F1）

數(shù)據(jù)源地址故障

選錯了數(shù)據(jù)源（F2）

選到多個數(shù)據(jù)源（F3）數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)傳輸故障

數(shù)據(jù)目的地址故障

沒選到目的地址（F4）處理 選到錯誤地址或多個地址（F5）故障 數(shù)據(jù)總線故障

數(shù)據(jù)線有s-a-0/s-a-1故障（F6）

多條數(shù)據(jù)線構(gòu)成與/或關系（F7）

呆滯型故障s-a-0/s-a-1(F8)

數(shù)據(jù)寄存器故障

寫入數(shù)據(jù)后不能01/10（F9）

單元間的耦合（F10）

ALU故障：直接由計算結(jié)果判斷電子科大CAT室第4.2.2節(jié)CPU功能測試算法控制故障

譯碼錯誤，原指令變成另外指令（F11） 未能實現(xiàn)應有指令（F12） 指令呆滯（總是執(zhí)行同一條指令）（13） 同時產(chǎn)生多條指令（F14） 產(chǎn)生錯誤的狀態(tài)信息（條件轉(zhuǎn)移，條件調(diào)用）(F15）控制故障電子科大CAT室第4.2.2節(jié)CPU功能測試算法3.測試算法

基本方法：產(chǎn)生各種測試圖形（數(shù)據(jù)和命令），以檢測CPU各硬件部分和各種 指令的工作情況，從而得出測試結(jié)果。例1：傳送指令

將各種情況都編入測試程序中，即可完成CPU的全面測試。計算機開機自檢程序！電子科大CAT室第4.2.3節(jié)利用被測系統(tǒng)的應用程序進行測試基本思想：利用敏化概念，用被測系統(tǒng)的應用程序作測試程序，是一種算法型測試。1.基本方法測試時對CPU進行訪問，對CPU給予命令（輸入數(shù)據(jù)），并觀察CPU的輸出（響應），從而判斷CPU的故障。

敏化： 輸入-----可命令-----用指令通過數(shù)據(jù)總線可向CPU輸入（寫）數(shù)據(jù)； 輸出-----可觀察-----用指令可讀出CPU的數(shù)據(jù)；CPU命令輸入輸出響應地址線數(shù)據(jù)線地址線數(shù)據(jù)線敏化電子科大CAT室第4.2.3節(jié)利用被測系統(tǒng)的應用程序進行測試2.應用程序的模型化

為了系統(tǒng)的組織測試，首先應對應用程序作模型化處理。模型化----一種直接用于測試（敏化）的表現(xiàn)方式來表達被測系統(tǒng)的應用程序。為此 引入三個概念：（1）命令點與觀察點

命令點：應用程序中能輸入所選命令（數(shù)據(jù)）之處； 例，輸入指令（IN），存儲器讀出指令（從ROM中讀出的命令）

觀察點：輸出結(jié)果有測試價值之處； 例，輸出指令（OUT），存儲器寫入指令（寫入存儲器的數(shù)據(jù)可觀察）（2）程序段：對敏化有意義的一段最短的指令序列。構(gòu)成程序段的原則是：程序段的第一指令必須是一個命令點，或最末一條指令必須是觀察點；對于分支程序或轉(zhuǎn)移程序，只能從程序的首一指令進入該程序段，且只能從該段的末一指令退出；例:因此，有JMP指令的情況下，JMP應是程序段的末條指令；而JMP轉(zhuǎn)向的指令應是程序段的起始指令。電子科大CAT室第4.2.3節(jié)利用被測系統(tǒng)的應用程序進行測試例：以Z80程序為例(數(shù)據(jù)塊傳送程序）

LDA,(ADOC1) 可命令點（存儲器讀出指令）

RRCA ANDn1

ORn2 LDH,A LDA,(ADOC2) 可命令點（存儲器讀出指令）

ANDn3 LDB,A LDA,(ADOC3) 命令點

ANDn4 ORB RRCA LDL,A LD(ADAT),HL 可觀察點（存儲器寫入指令）

LDIX,(ADAT) 可命令點

LDA,(ADOC2) 可命令點

ANDn5 IRNZ,PMTB 轉(zhuǎn)出（段末）

LDIY,DBMBA 可命令點

JPPRANT 轉(zhuǎn)出（段末）

PMTB: LDIY,DABMB 轉(zhuǎn)入（段始），可命令點

LDA,n6 LD（AMMT）,A 可觀察點

PRANT: LDA,(IY+a) 轉(zhuǎn)入（段始）

ANDn7 JRNZ,PRANT 轉(zhuǎn)出（段末）S1S2S3AMADOC1控制圖S1S2S3電子科大CAT室第4.2.3節(jié)利用被測系統(tǒng)的應用程序進行測試3.關系圖 將程序母型化后，必須研究變量在程序段中的傳播情況，為此，引入關系圖的概念。（1）單條指令關系圖數(shù)據(jù)傳送類數(shù)據(jù)處理類轉(zhuǎn)移類

只改變程序執(zhí)行順序，而無實質(zhì)性操作； 例：IP：JRNZ，PMTBr1r2MEMrnirnrMEMiMEMMEMr2rnrRMEMiRMEMr1r2r1r1MEMr1r1ir1r1r2PC,SPPC,SPr1iAPMTB PC+1（A）=0（A）0電子科大CAT室第4.2.3節(jié)利用被測系統(tǒng)的應用程序進行測試（2）程序段的關系圖程序段的關系圖由指令關系圖連接而成。為了敏化需要，提出變量的概念：輸入變量：該程序段執(zhí)行之初所需的變量；輸出變量：該程序段執(zhí)行的結(jié)果；工作變量：該程序段執(zhí)行過程中的一切變量；仍以上例有：1（ADCO1） 輸入變量

AAn1

工作變量

An2AH 輸出變量電子科大CAT室第4.2.3節(jié)利用被測系統(tǒng)的應用程序進行測試4.敏化測試

（1）基本概念通路：通路是一段有序的程序列：輸入必須是命令段----測試輸入變量；輸出必須是觀察段----測試響應；最小通路集：程序中所有的一切程序段中一個最小的通路集；測試：按每條通路逐條進行，在通路的每一個觀察點應確定在該點所能觀察到的各硬件，功能和指令，并確定該通路可命令點的輸入值范圍。

（2）測試算法 以程序列為基礎進行測試： 程序列的輸入變量（測試矢量）------可命令 立即數(shù) 不可命令（由通路前面程序的計算值，應

逆流而上尋找可命令點） 中間變量------工作變量(測試對象：硬件，功能，指令）

程序列的輸出變量（響應）----------可觀察（敏化結(jié)果）

不可觀察（順流而下，找到可觀察點）電子科大