Глава четвертая ЛОГИЧЕСКИЙ И СИГНАТУРНЫЙ АНАЛИЗ Б. Макинтайр

4.1. ВВЕДЕНИЕ

Для контроля повторяющихся аналоговых сигналов напряжения в реальном масштабе времени идеальным прибором является осциллограф. Развертка осциллографа запускается при определенном уровне входного напряжения; на экране ЭЛТ отображается неподвижный периодический сигнал. Высокоскоростной (частота развертки выше частоты синхронизации микропроцессора) однолучевой осциллограф можно использовать для точного контроля сигналов управляющих линий микропроцессора или для проверки временных соотношений между сигналами линий. В некоторых случаях, как, например, при работе с цифровыми микропроцессорными системами, осциллографы находят весьма ограниченное применение. Потенциалы на адресных и информационных линиях могут произвольно менять свои значения во времени, что не позволяет использовать их для запуска и синхронизации развертки. За исключением синхроимпульсов системы, единственными периодическими сигналами являются сигналы, полученные путем программирования микропроцессора на неопределенно долгое прохождение короткой циклической стандартной программы. В гл. 2 отмечено, что осциллограф может отображать два сигнала в режиме попеременного воспроизведения или прерывания. Существенно, что в режиме попеременного воспроизведения частота коммутации каналов осциллографа должна значительно превышать частоту синхронизации микропроцессора,

При разработке цифровых аппаратных средств и систем программного обеспечения приходится одновременно исследовать поведение группы линий, таких как информационная и адресная шины. В подобных ситуациях целесообразно уподобить поведение группы линий цифровым логическим словам или байтам. При обнаружении в таких байтах или словах систематических ошибок нетрудно определить их источник - отдельные линии (если они существуют) или аппаратные средства и (или) средства программного обеспечения.

Анализ цифроных данных в значительной степени облегчается применением логического и сигнатурного анализаторов. Логический анализатор можно использовать при отладке аппаратуры, отслеживая и фиксируя поток информационных слоев в системе. Если требуется быстро проверить аппаратуру или найти в ней неисправность, удобнее применять сигнатурный анализатор. В нормально работающей системе

1 Читатели, незнакомые с микропроцессорами, могут при желании перед чтением дайной главы ознакомиться с приложением П1

для создания потока информационных битов используют тестовую программу. Общее поведение этих битов на каждой отдельной линии создаст сигнатуру именно данной линии. Если позднее в системе возникнет неисправность, каждую сигнатуру, полученную в процессе испытаний, можно сравнить с сигнатурой работоспособной системы. Точки, в которых две сигнатуры не совпадают, указывают на место возможной неисправности. В этой главе рассматривается принцип работы и возможности применения логического и сигнатурного анализаторов. Примеры их использования даны на основе микропроцессорной системы Z-80.

4.2. ЛОГИЧЕСКИЕ АНАЛИЗАТОРЫ 4.2.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ

Логический анализатор может работать в синхронном и асинхронных режимах. В синхронном режиме информационный вход анализатора стробируется синхросигналами проверяемой системы. В асинхронном режиме синхросигналы поступают от внутреннего генератора анализатора для стробирования данных на информационных линиях проверяемой системы, В каждом из режимов работы пробированные данные

Минии Ванных

Внешний синхронизатор

Компаратор

Управляющее устройство

Дисплеи

Рис. 4.1. Структурная схема логического анализатора

обрабатываются, как показано на структурной схеме (рис. 4.1). На этой схеме входной информационный сигнал, стробированный синхроимпульсами, записывается в память и сравнивается в компараторе с заранее установленным запускающим словом (ЗС), которое хранится в устройстве распознавания слов. По мере записи каждого слова счетчик адресов памяти получает приращение. Когда поступающие данные совпадают с записанным в устройстве распознавания запускающим словом, в соответствии с предварительным выбором положения переключателя решается вопрос, будет ли этот адрес запоминающего устройства с произвольной выборкой (ОЗУ) отображен первым или последним.

На рис, 4.2 показан внешний вид панели переключателей, характерной для любого логического анализатора. Положение переключателей определяет, будет ли запускающее слово начинать илн останавливать

Ввод ванных

ИЕН □ □□□

индикацию. В режиме положительного запуска адрес информационного слова которое совпадает с хранящимся в устройстве распознавания запускающим словом, становится адресом первой отображаемой ячейки ОЗУ. Затем стробированная информация записывается так, что данные, ранее находившиеся в ОЗУ, заменяются данными, следующими за запускающим словом. В режиме отрицательного запуска стробирован-иые данные записываются в ОЗУ до тех пор, пока не будет обнаружено запускающее слово. Дальнейший ввод данных блокируется так, что запускающее слово оказывается последним отображаемым словом. После этого на дисплее отображается вся информация, записанная в ОЗУ перед запускающим словом.

Все логические анализаторы могут работать в режимах как положительного, так и отрицательного запуска. Кроме того, некоторые анализаторы имеют дополнительные полезные возможности, такие как способность обнаружения глитча (кратковременной импульсной помехи) и его отображения, второе ОЗУ для сравнения данных, способность преобразовывать информационные слова в формат языка ассемблера и другие. В последующем параграфе обсуждаются основные аспекты использования логических анализаторов.

Запуск/слежение

Выбор ЗС

Задержка

Положительный запуск

Отрицательный запуск

Рис. 4.2. Клавишный пульт логического анализатора

4.2.2. АСИНХРОННЫЙ РЕЖИМ

Ввод данных. Часть логического анализатора, осуществляющая ввод данных, содержит компаратор уровней входных сигналов и преобразует в случае необходимости входные сигналы в уровни транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Полное сопротивление входного зонда по постоянному току велико, обычно оно превышает 1 МОм, а параллельная емкость равна 5-10 пФ. При таких значениях сопротивления зонды обычно не оказывают заметного влияния на микропроцессоры с частотой синхронизации ниже 5 МГц. Информация с зондов стробируется при помощи внутреннего генератора синхросигналов, частота дискретизации которого не ниже 20 МГц. Эта частота должна не менее чем