4.5. Замечание относительно процедуры моделирования неисправностей

В процессе обсуждения процедур PODEM и RAPS предпола­галось, что существуют эффективные средства моделирования не­исправностей. Имеется несколько методов моделирования пове­дения логических схем при наличии в них неисправностей, однако их подробный анализ выходит за рамки данного пособия. Тем не менее моделирование неисправностей является важной и существенной частью процесса генерации тестов в процедуре PODЕM, и потому в этом разделе комментируется метод, который использовался раз­работчиками этой процедуры.

Основной чертой, характеризующей эффективность метода моделирования поведения комбинационных логических схем на за­данном входном наборе, является возможность определить, какие неисправности (по предположению, из множества произвольных неисправностей) обнаруживаются на первичных выходах схемы. «Эффективность» означает вычисление с высокой скоростью и эко­номичное использование процессорного времени. Методы модели­рования неисправностей разделяются на три вида: последователь­ное, параллельное и конкурентное моделирование. Последователь­ное моделирование неисправностей определяет поведение схемы в присутствии неисправности при рассмотрении только одной неисправности за цикл моделирования. Методы параллельного и кон­курентного моделирования позволяют моделировать некоторое мно­жество копий схемы за один цикл, где каждая копия соответствует неисправной схеме с присутствующей в ней определенной неис­правностью.

Параллельные и конкурентные методы сложнее метода последо­вательного моделирования и в основном разработаны как методы моделирования общего назначения для обработки широкого клас­са комбинационных и последовательностных схем. Однако было установлено, что метод последовательного моделирования имеет определенные преимущества для комбинационных схем; где прос­тота схемы сочетается с простотой процедуры моделирования. Ме­тод моделирования, называемый теперь методом распространения одиночной неисправности (РОН), состоит из следующих основных шагов.

Шаг 1. Определить исходный список неисправностей (ИСН), список обнаруживаемых неисправностей (СОН) и список прове­ряющих тестов (СПТ). Исходный список неисправностей включа­ет все одиночные неисправности типа н-к-1, н-к-0 на первичных входах и выходах вентилей; СОН первоначально пуст; СПТ со­держит те тесты, которые определены процедурой RAPS или сге­нерированы процедурой PODEM.

Шаг 2. Подать первый тестовый набор из СПТ в схему и опре­делить логические значения всех узлов исправной схемы.

Шаг 3. Для каждого вентиля с логическим состоянием выхода 1(0) моделировать воздействие неисправности н-к-0 (н-к-1) на его выходе при условии, что эти неисправности не были обнаружены предыдущим тестом, т. с. при условии, что неисправность входит в ИСН, а не в СОН.

Шаг 4. Если неисправность выхода вентиля распространяется на наблюдаемый выходной узел (первичный выход схемы или вход сканируемого триггера-защелки), то неисправность обнаружива­ется этим тестом: в противном случае — не обнаруживается. Ис­ключить обнаруживаемые неисправности из ИСН и включить в СОН. Отметить тест в СПТ как существенный.

Шаг 5. Повторить шаги 2 — 4 для каждого неотмеченного теста.

Предельная скорость выполнения процедуры моделирования может быть увеличена следующими способами.

А. На шаге 1 ИСН может быть сокращен путем априорного анализа групп эквивалентных неисправностей в схеме. Две неис­правности или более эквивалентны, если все они обнаруживаются одним и тем же множеством тестов. Тест, построенный для некото­рой одной неисправности, обнаруживает все другие эквивалентные ей неисправности. Например, рассмотрим трехвходовый вентиль И-НЕ. Единственный тест для обнаружения любой из трех неис­правностей н-к-0 на входах вентиля (одиночных или кратных) со­стоит из всех 1 на входах и тем самым вызывает появление ожида­емого правильного значения 0 на выходе вентиля. Оказывается, что это единственный тест, устанавливающий на выходе вентиля низкий уровень и, следовательно, позволяющий обнаружить не­исправность н-к-1 выхода вентиля. Таким образом, в действитель­ности, три неисправности и-к-0 входов и неисправность н-к-1 выхода вентиля эквивалентны. В результате все неисправности, кроме одной, можно исключить из ИСН. (Для генерации тестов обычно не имеет значения, какая из неисправностей остается в ИСН, для процедуры моделирования неисправностей обычно более удобно оставлять неисправность выхода вентиля.)

Понятие эквивалентности неисправности образует основу эф­фекта «размножения» неисправностей, в которой локальные экви­валентные неисправности (неисправности, связанные с одним и тем же элементом, как в примере с вентилем И-НЕ) объединяются вместе для образования более мощного множества эквивалентных неисправностей. Например, неисправность н-к-1 любого входа вен­тиля ИЛИ-НЕ эквивалентна неисправности н-к-0 его выхода. Сле­довательно, для вентиля И-НЕ, запитывающего вентиль ИЛИ-НЕ, эквивалентную группу образуют следующие неисправности:

н-к-0 каждого входа вентиля И-НЕ;

н-к-1 выхода вентиля И-НЕ,

н-к-1 каждого входа вентиля ИЛИ-НЕ,

н-к-0 выхода вентиля ИЛИ-НЕ.

В схеме из двух вентилей лишь одно такое множество эквива­лентных неисправностей включает 50% всех одиночных неисправ­ностей схемы типа н-к-1, н-к-0. Тест, покрывающий какую-либо од­ну из этих неисправностей, будет автоматически покрывать все другие неисправности из этого множества.

Устранение эквивалентных неисправностей из ИСН обычно поз­воляет сократить в пределе до 50% неисправностей из первона­чально заданного множества. С учетом неоднократных повторений шага 3 процедуры моделирования это сокращение дает значитель­ную экономию времени моделирования.

Б. Логические состояния узлов схемы на шагах 2 и 3 могут быть определены за один проход программы при условии, что со­стояние выхода каждого вентиля анализируется в правильной по­следовательности, т. е. значение выхода вентиля оценивается лишь в том случае, когда известны логические значения на всех его вхо­дах. Использование правила нумерации узлов схемы, описанного в подразделе 4.1.5, обеспечивает правильную последовательность вы­числений.

В. Неисправности на шаге 3 выбираются в результате провер­ки двух условий: принадлежит ли исправность все еще ИСН и яв­ляется ли неисправность потенциально наблюдаемой для данного теста? Неисправность некоторого узла схемы является потенциально наблюдаемой, если переход узла из фиксированного логиче­ского состояния в неизвестное состояние Х вызывает появление логического значения Х на одном или нескольких наблюдаемые выходных узлах. Если логическое значение Х не распространяет­ся на наблюдаемый выходной узел, то неисправность этого узла и любого другого Х-значного узла является ненаблюдаемой. Потен­циально наблюдаемые неисправности являются тем единственным типом неисправностей, которые следует моделировать.

Утверждается, что на практике предварительное выполнение фазы Х-распространения перед процедурой полного моделирова­ния неисправностей позволяет весьма эффективно уменьшить об­щее время моделирования. Затраты времени на выполнение про­цесса Х-распространения более чем компенсируются экономией времени на моделирование лишних ненаблюдаемых неисправно­стей.