Учебно-методическое пособие СДКМС
реклама
Федеральное агентство по образованию и науки Российской Федерации Новомосковский институт (филиал) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский химикотехнологический университет имени Д.И. Менделеева» Волков В.Ю., Вепренцева О.Н. СЕРВИС И ДИАГНОСТИКА КОМПЬЮТЕРНЫХ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ ЧАСТЬ I Учебно-методическое пособие Новомосковск 2009 Федеральное агентство по образованию и науки Российской Федерации Новомосковский институт (филиал) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский химикотехнологический университет имени Д.И. Менделеева» Волков В.Ю., Вепренцева О.Н. СЕРВИС И ДИАГНОСТИКА КОМПЬЮТЕРНЫХ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ ЧАСТЬ I Учебно-методическое пособие Новомосковск 2009 УДК 681.322 ББК 32.973 В676 Рецензенты: Илюхин А.А. Гл.инжененр сервис-центра «ECKO» Васильев С.В. Управляющий сервис-центром «Ультра» Составители: Волков В.Ю., Вепренцева О.Н. Учебно-методическое пособие по курсу СиДКиМС «Сервис и диагностика компьютерных и микропроцессорных систем» / РХТУ им. Д.И.Менделеева, Новомосковский ин-т. Сост.: Волков В.Ю., Вепренцева О.Н. Новомосковск, 2009. - 68 с. В учебном пособии по курсу СиДКиМС рассматриваются практические вопросы и методики сервиса и диагоностики компьютерных и микропроцессорных систем. Пособие предназначено для студентов всех форм обучения специальности 100101 «Сервис» специализации «Сервис компьютерной и микропроцессорной техники». Табл. Ил. .Библиогр.: назв. УДК 681.322 ББК 32.973 © Новомосковский институт (филиал) ГОУ ВПО Российского химико-технологического Университета им. Д.И. Менделеева, 2009 Оглавление Предисловие ....................................................................................................................................... 5 Введение ............................................................................................................................................. 5 1. Теоретические основы сервиса и диагностики ....................................................................... 6 1.1. Этапы сервисного обслуживания ..................................................................................... 6 1.1.1. Сервисное обслуживание компьютерного оборудования ............................................... 7 1.2. Техническая диагнгностика оборудования .......................................................................... 9 1.3. Общая характеристика причин зависаний отказов и неисправностей персонального компьютера ....................................................................................................................................... 13 1.3.1. Типовые причины зависаний и отказов ПК .................................................................... 13 1.3.2. Эпизодические и системные отказы (сбои) в работе компьютера ................................ 14 1.3.3. Аппаратные и программные неисправности ................................................................... 14 1.3.4. Наиболее часто встречающиеся неисправности ............................................................. 15 2. Программные и аппаратные средства диагностики компьютерных систем ...................... 16 2.1. Первичная диагностика эпизодических отказов персонального компьютера и его технического состояния .............................................................................................................. 16 2.1.1. Легкоустранимые отказы ПК........................................................................................ 17 2.1.2. Наиболее уязвимые модули и узлы ПК и причины, вызывающие их выход из строя18 Аппаратные модули: ............................................................................................................... 18 2.2. Устройство для диагностики неисправности и тестирования компьютеров — POST Card ........................................................................................................................................................ 19 2.3. Профессиональная система анализа и тестирования оперативной памяти .................... 22 2.5.Диагностика и ремонт мониторов ........................................................................................ 26 2.6. Диагностика работоспособности блока питания ............................................................... 27 2.7.Диагностика и причины отказов сетевых плат .................................................................. 28 2.8. Диагностика СD/DVD-привода ........................................................................................... 30 2.9. Диагностика неисправностей и ремонт принтеров ........................................................... 34 3. Средства отладки и диагностики микропроцессорных устройств и систем.......................... 37 3.1. Средства отладки и диагностирования ............................................................................... 38 3.2. Программные средства ......................................................................................................... 39 3.2.1. Симуляторы .................................................................................................................... 39 3.2.2. Отладочные мониторы .................................................................................................. 40 3.2.3. Интегрированная среда разработки (IDE) ................................................................... 40 3.3. Программно- аппаратные средства диагностики МПС .................................................... 42 3.3.1. Внутрисхемные эмуляторы. .......................................................................................... 42 3.3.2 Отладчик и эмуляционная память ................................................................................. 43 3.3.3. Трассировщик, процессор точек останова и профилировщик .................................. 44 3.3.4. Платы развития и эмуляторы ПЗУ ............................................................................... 45 3.3.5. Логические и сигнатурные анализаторы. ................................................................... 47 3.3.6 Комплексы диагностирования ........................................................................................... 49 4. Практические навыки диагностирования .................................................................................. 50 4.1. Применение тестера POST Card PCI из набора МАСТЕР КИТ NM9221 для диагностики ПК .................................................................................................................................................. 50 4.1.2.Технические характеристики устройства ......................................................................... 51 4.1.3. Принцип работы ................................................................................................................. 52 4.2.4. Прохождение тестов ...................................................................................................... 60 4.2.5. Коды неисправности ...................................................................................................... 61 Библиографический список ............................................................................................................ 65 Заключение ....................................................................................................................................... 67 Предисловие Цель учебного пособия — помочь широкому кругу пользователей, от начинающих до профессионалов, ознакомиться с основными понятиями и методикой применения средств отладки и диагностики компьютерных и микропроцессорных систем. В пособии освещены характерные вопросы отладки, обнаружения, отыскания неисправностей в микропроцессорных системах. Введение В последние годы сфера применения информационных технологий стремительно расширяется. Данное направление отличаются очень высокой скоростью обновления (достаточно радикальная смена технологий происходит каждые полтора-два года). Более того, сегодня в сфере бизнеса задействована наибольшая часть компьютерной техники и информационных систем. Однако любые информационные ресурсы требуют обслуживания и всесторонней технической поддержки. Специалистам по сервису необходимо не только обслуживать компьютерное оборудование, заниматься вопросами системной интеграции, оперативно исправлять неполадки, связанные с компьютерами, сетями и другими информационными технологиями, а также заботиться о том, чтобы подобные проблемы не возникали впредь. А часто наряду с обслуживанием компьютеров необходимо профессионально установить и настроить серверные системы, спроектировать и осуществить монтаж структурных кабельных систем, волоконно-оптических линий связи и электрических сетей. И чем сложнее используемое оборудование и технологии, тем более высокий профессионализм требуется от специалистов по обслуживанию компьютерной техники и систем. Цель преподавания дисциплины «СиДКиМС» заключается в формировании у студентов знаний и умений в области применения средств диагностики компьютерных и микропроцессорных систем (КиМС). В результате изучения дисциплины «СиДКиМС» студенты должны иметь представление о принципах сервиса и технической диагностики компьютерных и микропроцессорных систем. Изучение дисциплины базируется на учебном материале следующих курсов: «Информатика», «Основы микропроцессорной техники», «Системное программирование», «Компьютерные сети», «Программно- аппаратные средства отладки компьютерных и микропроцессорных устройств», «Экспертиза и диагностика объектов систем сервиса». Знания и умения, полученные студентами при освоении курса «Сервис и диагностика компьютерных и микропроцессорных систем», используются в дисциплинах «Проектирование микропроцессорных систем» и «Бизнес-план предприятий сервиса», а также при курсовом и дипломном проектировании. Информация, изложенная в данном учебном пособии, собиралась из компьютерной прессы, Интернета, инструкций по эксплуатации аппаратного обеспечения, и носит как теоретический, так и практический характер. Теоретические основы сервиса и диагностики 1.1. Этапы сервисного обслуживания Первый этап – первое посещение предприятия сервиса клиентом. Оно может быть вызвано его потребностями, которые и становятся побудительным мотивом прихода человека на предприятие сервиса. В мотиве фиксируется то, ради чего заказчик идет в предприятие сервиса. Так, один человек идет, чтобы получить необходимую услугу, другой приходит узнать, не предоставляются ли новые виды услуг и т. п. По особенностям поведения клиента на предприятии сервиса можно всегда определить мотив его прихода. Клиент, как правило, сознает, зачем он направляется в предприятие сервиса. У него имеется вполне определенная установка на получение той или иной услуги (заказа изделия). Под установкой здесь понимается внутреннее состояние постоянной готовности приобрести нужную услугу. «представлением об услуге (изделии)». Данное представление может быть конкретным или расплывчатым. Чем определеннее представление об услуге (изделии), тем быстрее может быть оформлен и сделан заказ. Расплывчатость представления о заказе требует от клиента большей активности для выбора услуги из имеющихся в ассортименте. Здесь внимание посетителя может быть легко привлечено средствами рекламы, демонстрируемыми образцами изделий. Если предлагаемое изделие (услуга) соответствует представлениям клиента о нем, то у него появляется желание сделать заказ. При этом в воображении заказчика однозначно возникает «представление обладания винным изделием (услугой)», когда изделие воспринимается и оценивается уже не само по себе, а включается в сугубо определенную личностную ситуацию. Например, цвет материала на костюм оценивается в соответствии с имеющейся обувью и верхним головным убором, или же понравившиеся образцы мебели «примеряются» к существующей обстановке квартиры. цвету поклеенных обоев. Второй этап – принятие решения сделать заказ или отказаться от него. Окончательное решение обычно принимается после повторного (иногда многократного) тщательного сопоставления клиентом "представления об услуге (изделии)»с представлением обладания им. Результат сопоставления всегда но многом зависит как от конкретности представления об услуге (изделии), так и о степени расхождения его с представлением обладания. На принятие решения определенное влияние оказывает целый ряд дополнительных факторов: o соответствие услуги моде и цене: o разнообразие ассортимента услуг: o особенности личности заказчика (бережливость, расточительность, доверчивость, внушаемость и др.); o настроение клиента, которое во многом определяется атмосферой взаимоотношении в сервисном центре o четкая организация работы предприятия сервиса: деловитость и компетентность работников, их внимательное, заинтересованное отношение к посетителям. 1. Естественно, все указанные факторы воздействуют на решение клиента сделать заказ не разрозненно, а одновременно. Третий этап – совершение заказа или отказ от него Если посетитель сделал заказ, сопутствующие ЭТОМУ переживания первоначально определяются все тем же сравнением «представления об услуге (изделии)» с «представлением обладания». Но в дальнейшем, когда человек начнет использовать изделие, он будет оценивать. уже не ранее воображаемые свойства, а реальные качества. Окончательная реакция у клиента на сделанный заказ зависит от того, насколько полученное изделие (услуга) отвечает предъявляемым к нему требованиям. Если же заказчик разочаровался в полученном изделии или услуге, он, но всей видимости, возвратит его и в дальнейшем будет избегать данное предприятие сервиса. 1.1.1. Сервисное обслуживание компьютерного оборудования Под сервисным обслуживанием понимается плановое обеспечение бесперебойной и качественной работы оборудования. Это достигается своевременной поставкой расходных материалов (РМ), заменой ресурсных запасных частей (ЗИП) и выполнением необходимых ремонтных и профилактических работ на технике. В сервисное обслуживание принтеров, копиров и МФУ входят следующие виды работ: Ежемесячное профилактическое обслуживание Замена комплектующих Консультации по модернизации оборудования Консультации персонала по правильной эксплуатации оборудования В ремонт принтеров, копиров и МФУ входят следующие виды работ: диагностика неисправности с предоставлением технического заключения устранение неисправности конкретного узла принтера без общей регулировки и профилактики профилактика принтера ремонт принтера с проведением регулировки и полной профилактики В сервисное обслуживание компьютеров входят следующие виды работ: Диагностика системного блока Рекомендации по оптимальному решению проблемы Настройка предустановленного Windows XP Антивирус, установка, настройка, обновление Проверка компьютера на наличие вирусов Установка и настройка аналогового модема с подключением к сети Чистка реестра Настройка удаленного доступа в Интернет Настройка сканера, принтера Настройка игрового ПО Подбор драйвера / установка / настройка (для оборудования при наличии выхода в интернет) Перенос данных с жесткого диска на жесткий диск Снятие пароля BIOS Установка и настройка единицы оборудования системного блока Настройка удаленного доступа в Интернет через GPRS (через мобильный телефон) Установка и настройка почтовых программ Чистка системного блока от пыли Ремонт компьютеров (замена, установка, настройка): Установка / диагностика и замена прошивки Bios Установка / диагностика материнской платы и процессора Установка / диагностика оперативной памяти Установка / диагностика жесткого диска HDD Установка / диагностика FDD дисковода Установка / диагностика СD/DVD/BD rom/rw Установка / диагностика video/звук. Карты Установка / диагностика Modem Установка / диагностика и ремонт блока питания Установка / диагностика SCSI контролеров и устройств Модернизация компьютера, замена и установка 3 и более устройств Перенос Windows Xp и данных на другой жесткий диск или логический диск Установка и настройка Windows 2000 / XP/ Vista Установка и настройка MS Office 97 / 2000 / XP / 2007 Установка и настройка нестандартного ПО Установка и настройка стандартного ПО Установка и настройка игрового ПО Установка и настройка 1 утилиты - любой архиватор, FAR, Windows Commander, AcdSee, Player и д.р Настройка BIOS Установка и настройка программного обеспечения для модема Установка и настройка Dial-up Установка и настройка MS Internet Explorer и почты Установка оборудования ЛВС Установка и настройка сетевого ПО для рабочих станций В сервисное обслуживание структурированных кабельных сетей входят следующие виды работ: Профилактические работы по поддержанию работоспособности СКС. Мелкий ремонт СКС Администрирование телефонной и компьютерной сети. Работы по устранению неисправностей сетевого оборудования Услуги по перепрограммированию, перенастройке, демонтажу, расширению телефонных сетей. Консультации по модернизации сети Консультации по эксплуатации системы связи, обучение навыкам работы сотрудников с выездом к заказчику и по телефону. В сервисное обслуживание АТС входят следующие виды работ: Мелкий ремонт телефонной сети. Работы по настройке и обслуживанию АТС и прочего телефонного оборудования Консультирование персонала по пользованию оборудованием (по телефону и в рамках штатного посещения). Консультации по модернизации телефонной сети. 1.2. Техническая диагнгностика оборудования Техническая диагностика рассматривает классификацию задач диагностирования, принципы организации систем тестового и функционального диагноза, методы и процедуры алгоритмов диагноза для проверки неисправности, работоспособности и правильности функционирования, а также для поиска неисправностей различных технических объектов. Техническая диагностика - научно-техническая дисциплина, изучающая и устанавливающая признаки дефектов технических объектов, а также методы и средства обнаружения и поиска (указания местоположения) дефектов. Основной предмет технической диагностики - организация эффективной проверки исправности, работоспособности, правильности функционирования технических объектов (деталей, элементов, узлов, блоков, заготовок, устройств, изделий, агрегатов, систем, а также процессов передачи, обработки и хранения материи, энергии и информации), то есть организация процессов диагностирования технического состояния объектов при их изготовлении и эксплуатации, в том числе во время, до и после применения по назначению, при профилактике, ремонте и хранении. Диагностирование — одна из важных мер обеспечения и поддержания надёжности технических объектов. Диагностирование осуществляется либо человеком непосредственно (например, внешним осмотром, «на слух»), либо при помощи аппаратуры. Объект и средства его диагностирования в совокупности образуют систему диагностирования. Взаимодействуя между собой, объект и средства реализуют некоторый алгоритм диагностирования. Результатом является заключение о техническом состоянии объекта — технический диагноз, например: «радиоприёмник исправен», «станок неработоспособен», «в телевизоре отказал частотный детектор». Различают системы тестового и функционального диагностирования. Системы первого вида применяют при изготовлении объекта, во время его ремонта и профилактики и при хранении, а также перед применением и после него, когда необходимы проверка исправности объекта или его работоспособности и поиск дефектов. В этом случае на объект диагностирования подаются специально организуемые тестовые возмущения. По степени искажения возмущений судят о состоянии объекта. Возмущения имеют известные характеристики, и предметом изучения являются только те искажения, которые возникают при их передаче через объект. Подобные методы строятся на базе достаточно простых информационных технологий и широко используются для диагностирования различных узлов на этапе их изготовления, а также машин и оборудования в неработающем состоянии. Системы второго вида применяют при использовании объекта по назначению, когда необходимы проверка правильности функционирования и поиск дефектов, нарушающих последнее. Методы, применяемые в этом случае, ориентированы прежде всего на анализ процессов формирования возмущений, а не их искажений во время распространения. Более того, искажения обычно усложняют анализ измеряемых сигналов и, как следствие, используемую технологию информационного анализа. Лишь для ограниченного круга задач функциональной диагностики используется информация, получаемая в результате анализа искажений естественных возмущений при прохождении их через диагностируемый объект. Алгоритм диагностирования предусматривает выполнение некоторой условной или безусловной последовательности определённых экспериментов с объектом. Различают алгоритмы проверки и алгоритмы поиска. Алгоритмы проверки позволяют обнаружить наличие дефектов, нарушающих исправность объекта, его работоспособность или правильность функционирования. По результатам экспериментов, проведённых в соответствии с алгоритмом поиска, можно указать, какой дефект или группа дефектов (из числа рассматриваемых) имеются в объекте. Средства диагностирования являются носителями алгоритмов диагностирования, хранят возможные реакции объекта на воздействия, вырабатывают и подают на объект тестовые воздействия, «читают» фактические реакции объекта и ставят диагноз, сравнивая фактические реакции с возможными. Их делят на аппаратурные, программные и программноаппаратурные (средства двух последних категорий применяют для диагностирования технического состояния ЭВМ, работающих по сменной программе). Аппаратурные средства бывают внешние (по отношению к объекту) и встроенные. Первые применяются в основном в системах тестового, вторые — функционального диагностирования. Внешние аппаратурные средства могут быть автоматическими, автоматизированными или с ручным управлением, универсальными или специализированными. Качество контроля и диагностики зависит не только от технических характеристик контрольно-диагностирующей аппаратуры, но и в первую очередь от тестопригодности (контролируемости) самого испытываемого изделия. Это означает, что качество проверки во многом предопределяется качеством разработки изделий. Простейшее решение повышения качества контроля – это вывод некоторых внутренних точек изделия на внешний разъем. Однако число свободных контактов на разъеме ограничено, поэтому указанный подход редко оказывается доступным или достаточно эффективным. Более приемлемое решение связано с размещением на плате дополнительных функциональных элементов, предназначенных для непосредственного получения или накопления информации о состоянии внутренних точек и последующей ее передачи на обработку по требованию анализирующего устройства (внешнего или также встроенного). Сигналы, возникающие в процессе функционирования основной и контрольной аппаратуры, размещенной вместе на одном печатном модуле или кристалле ИС, сопоставляются по определенным правилам. В результате такого сопоставления вырабатывается информация о правильном функционировании контролируемого узла. В качестве избыточной аппаратуры может быть использована полная копия проверяемого узла. При этом производиться простейшее сравнение двух одинаковых наборов кодов. С целью уменьшения объема дополнительной контрольной аппаратуры используют более простые контрольные устройства с избыточным кодированием, но зато при этом усложняются способы получения контрольных соотношений. Избыточное кодирование основывается на введении во входной, обрабатываемый и выходной информационный сигнал дополнительных символов, которые вместе с основными образуют коды, обладающие свойствами обнаружения или исправления ошибок. Этот метод применяют в микропроцессорных системах для контроля передач информации между регистрами, считывания информации в ОЗУ, обменов между устройствами. Магистрали передач данных составляют от 60 до 80% всех аппаратных средств МПС. Поэтому использование контроля по четности позволяет существенно повысить надежность операций передачи информации. Другим примером могут явиться итеративные коды. Их применяют при контроле передач массивов кодов между внешним ЗУ и ЭВМ, между двумя ЭВМ и других случаях. Итеративный код образуется путем добавления дополнительных разрядов по четности к каждой строке и каждому столбцу передаваемого массива слов(двумерный код). Кроме того, четность может определяться и по диагональным элементам массива слова(многомерный) код. Обнаруживающая способность кода зависит от числа дополнительных контрольных символов. Он позволяет обнаружить многократные ошибки и прост в реабилитации. К простейшим аппаратным способам встроенного контроля относится способ дублирования схем и сравнения выходных сигналов этих схем. Этот метод легко можно применить для проверки любой схемы. Кроме того, он обладает преимуществом, что может обнаружить любую функциональную ошибку, появляющуюся в схеме. Недостатком метода является во-первых – увеличение затрат на резервирование и, во-вторых – не исключение собственных ошибок резервной контрольной аппаратуры. Несколько снизить затраты на аппаратное дублирование цифровых схем можно путем использования так называемой двухпроводной логики. При этом исходная и резервные схемы отличаются тем, что они реализуют инверсные выходы и в схеме все сигналы представлены одновременно в прямом и инвертируемом виде. Сравнение выходных сигналов при обычном дублировании осуществляется на основании их равенства, а при двухпроводной логике – на основании их неравенства. Для обнаружения ошибок в комбинационных схемах, в особенности для арифметических и логических функций, зависящих от двух аргументов, часто применяют метод псевдодублирования. В этом случае данные обрабатываются дважды последовательно во времени, в одинаковом порядке, однако по различным путям и проверяются на равенство с использованием промежуточного запоминающего устройства. При этом вместо требуемого резервирования схемы фактически увеличивается время обработки информации. Встроенный контроллер особенно удобен для организации контроля и диагностики изделий в условиях эксплуатации, но он может оказаться полезным и в производственных условиях, например, при изготовлении БИС микропроцессорных комплектов. Для этого в схему БИС вводятся дополнительные средства, осуществляющие реконфигурацию структуры БИС в режиме тестирования и обеспечивающие, при этом, улучшение управляемости и наблюдаемости всех, входящих в нее триггеров. В этом случае тестирование сложной БИС превращается в сравнительно простую процедуру для рекомбинационных схем, входящих в БИС. Для реализации такого подхода необходимы такие средства реконфигурации структуры последовательностной схемы, чтобы сигнал управления переключал все триггеры из рабочего режима в тестовый, при котором все триггеры становятся управляемыми и наблюдаемыми. Наибольшее распространение среди этих методов получил метод сканирования осуществляемый за счет соединения специальных дополнительных элементов памяти в единый сдвиговый регистр, запоминающий внутренне состояние схемы. Сканирование дополнительных элементов памяти можно контролировать и путем адресации к ним и прямого выбора информации о состоянии схему из дополнительных ЗУ. Все это усложняет БИС, однако обеспечивает экономическую целесообразность. Так для МП серии Intel 8086, имеющего площадь кристалла 3 мм2, введение средств повышения контролепригодности увеличивает площадь кристалла примерно на 20%, что снижает выход годных с 10% до 12(20)%. Вместе с уменьшением количества кристаллов на пластине это приводит к удорожанию производства на 70%. Тем не менее уменьшение стоимости тестирования, которое составляет более 80% трудоемкости изготовления БИС, полностью компенсирует такое удорожание БИС и сложные ПУ разрабатываются таким образом, чтобы обеспечить возможность самотестирования без участия внешнего оборудования и программных средств. Для реализации самотестирования схем на печатной плате или на кристалле микропроцессора размещают два регистра, запрограммированных на выполнение функций генератора псевдослучайных кодов и сигнатурного генератора. В программируемом ПЗУ процессора храниться специальная тест-программа, которая должна обеспечить последовательное тестирование всех функциональных узлов микропроцессора. Генератор псевдослучайных кодов формирует входную тестовую последовательность, направленную в контролируемые программно-доступные блоки микропроцессора, а сигнатурный генератор снимает с выхода микропроцессора соответствующие контрольные сигнатуры которые в свою очередь сравниваются с эталонными, хранимыми в ПЗУ. Результат сравнения дает информацию микропроцессору о своем состоянии. Самодиагностика БИС является естественным развитием структурного подхода к проектированию контролепригодных устройств. Сочетание встроенных средств контролепригодности (сквозного сдвигового регистра для сканирования состояний, генератора псевдослучайных тесткодов, регистра сигнатурного анализа) позволяет организовать самотестирование кристаллов, полупроводниковых пластин, микросхем и печатных узлов. Поскольку стоимость средств самодиагностирования остается примерно одинаковой, а затраты на тестирование стандартными методами увеличиваются в геометрической прогрессии, можно полагать, что с ростом насыщенности СБИС (степени интеграции) средства самодиагностики станут обязательными. 1.3. Общая характеристика причин зависаний отказов и неисправностей персонального компьютера 1.3.1. Типовые причины зависаний и отказов ПК Как показывает практика, к наиболее часто встречаемым причинам зависаний, отказов и неисправностей компьютеров относятся: 1. Нарушение контактов в аппаратной части ПК. 2. Перегрев СБИС (сверхбольших интегральных схем) электронных схем компьютера. 3. Разрыв фольгарованных полосок многослойных плат электроники. 4. Выход из строя отдельных узлов, блоков, устройств ПК. 5. Физическое подстирание магнитного слоя системной области жесткого диска (винчестера). 6. Нарушение целостности системного программного обеспечения из-за случайного или преднамеренного стирания. 7. Заражение программного обеспечения вирусами. Мы обещали 7++ причин отказов, поэтому последняя причина - 8-я. Например, апгрейдный ПК (с Pentium 166-го по 200-й) через несколько лет — отказал. При возврате к Pentium 166 (т. е. замене процессора снова на 166-й) восстановил свою работоспособность. Существуют и другие типы отказов, но их можно отнести к редко встречающимся или экзотическим, пользователи называют их глюками. Если при перезапуске ПК загрузка программ и дальнейшая работа компьютера носят нормальный характер, значит отказ, или зависание, которое имело место, можно отнести к эпизодическому. Поэтому первый совет пользователю — ПЕРЕЗАПУСТИТЕ КОМПЬЮТЕР! К аппаратным причинам относятся первые пять из перечисленных выше пунктов. К программным зависаниям и отказам относятся 6-ой и 7-ой из вышеперечисленных пунктов. Решение проблем, возникающих при включении компьютера: неполадки, отказы, зависания, неисправности 1. По сообщениям на дисплее ПК Сразу же после включения ПК и начала работы программы самотестирования (POST) нажмите клавишу ESC, после чего каждый раз нажимая ENTER, вы просматриваете на экране дисплея содержание сообщения об инициализации конфигурации ПК. 2. С применением программ диагностики а) программ диагностики, встроенных в ПК; б) стандартных программ (утилит) диагностики; в) специальных программ диагностики. 1.3.2. Эпизодические и системные отказы (сбои) в работе компьютера Существует целый набор неполадок или сбоев, которые носят эпизодический, редко повторяющийся или вовсе не повторяющийся характер. Эти отказы можно подразделить на следующие классы: 1. Всплески напряжения (Power Surges) приводят к сбросу ОЗУ, возникновению ошибок, выходу из строя ПК 2. Высоковольтные выбросы (high voltage Spikes) приводят к сбросу ОЗУ, реже — к выходу из строя элементов ПК. 3. Проседание напряжения (Power Sags) приводит к сбросу ОЗУ, возникновению ошибок, реже — к выходу из строя ПК. 4. Высокочастотный шум (Electrical Zine Noise) приводит к возникновению ошибок, сбросу ОЗУ, зависанию ПК, выходу из строя, накопителей. 5. Выбег частоты (Frequency Variations) приводит к зависанию ПК, выходу из строя накопителей, программным сбоям и потере данных. 6. Подсадка напряжения (Browmout) приводит к потере данных и выходу из строя ПК. 7. Пропадание напряжения (Power Failure) приводит к потере файлов, потере данных и выходу из строя ПК. Систематические отказы Отказы этого типа являются основными неисправностями, рассматриваемыми в данном справочном пособии. Для их четкой идентификации требуется необходимый минимум информации, которую пользователь получает в ходе реали-зации процедур диагностики. В сложном случае возможно применение профессиональной диагностической аппаратуры и специальных диагностических программ. 1.3.3. Аппаратные и программные неисправности Неисправность, сбой или зависание ПК может быть замаскировано таким образом, что на первом этапе диагностики пользователю может не хватить информации для правильной классификации причины. И действительно, например, неполадки считывания системной информации, расположенной в системной области накопителя на жестком магнитном диске (НЖМД), могут порождаться как случайным стиранием части системного файла, так и деградацией меток высокого или низкого уровня, и здесь определить истинную причину сбоя или неисправности будет достаточно трудно. Если в перспективе нет возможности восстановить эти метки, значит, неисправность считается аппаратной. Если файл действительно подвергся случайному стиранию, причиной является программное обеспечение ПК. Таким образом, в первый момент времени пользователь не сможет осуществить правильную классификацию (или идентификацию) причины неисправности, поскольку у него пока еще нет минимально необходимой для этой классификации информации. 1.3.4. Наиболее часто встречающиеся неисправности Приведем несколько типичных признаков ненормальной работы ПК, наличие которых говорит о том, что пользователю необходимо всерьез позаботиться — как о сохранности инфромации, записанной на компьютере, так и просто о его физической целостности. 1. ПК работает много медленнее, чем обычно. 2. ПК не загружается с жесткого диска. 3. При включении компьютер не загружается, курсор зависает в левом верхнем углу дисплея. 4. Случайно стерт файл или группа файлов, и это время от времени повторяется. 5. Ошибка чтения/записи жесткого или гибкого диска — это вид ошибки, получаемой из-за неправильного значения CRC (Cyclical Redundancy Check — циклического контрольного кода) или физически плохого сектора. 6. Плохая (искаженная) таблица распределения файлов (FAT), об этом сообщает специальная диагностическая программа. 7. Жесткий диск отформатирован случайным образом, т. е. применена команда из программного пакета DOS FORMAT и все данные оказались потеряны. В любом из этих случаев пользователь или сервис-инженер должен знать последовательность действий, которые смогут помочь ему диагностировать неисправность и спасти (если это возможно) информацию, записанную в ПК. 2. Программные и аппаратные средства диагностики компьютерных систем 2.1. Первичная диагностика эпизодических отказов персонального компьютера и его технического состояния Неисправность ПК может быть устранена либо ремонтом поврежденной компоненты, либо ее заменой. Систематически проявляющаяся неисправность легче поддается диагностике, чем эпизодически действующая. Отказы — это тоже неисправность, но двоякого рода. Эпизодические отказы, редко повторяющиеся, могут и не мешать нормальной работе пользователя, тем более, что предотвратить их полностью невозможно. Но если частота этих отказов превышает, скажем так, порог чувствительности пользователя, это уже превращается в проблему, которую необходимо решать. Такие отказы называются систематическими. Впрочем, и один-единственный отказ может причинить столько хлопот ,что его предотвращение вполне может окупить все труды пользователя. И поскольку в нашей «Диагностике...» ОТКАЗАМ отводится основное место, в конце главы мы приведем возможный перечень их причин. В персональном компьютере (ПК) с его «морем» или «океаном» памяти (до 2-4 Гигабайт) только маленькая часть, ФИЗИЧЕСКИ ОТЛИЧНАЯ от той, что расположена на магнитном носителе (жестком диске), является неразрушаемой — так называемая базовая система; и такая же маленькая часть НА МАГНИТНОМ НОСИТЕЛЕ — перезаписываемая системная область. По отношению к основной памяти эти части занимают ничтожный процент (примерно 0,1-1%). Однако именно эта часть занимает основное внимание опытного пользователя при устранении неполадок, связанных с отказами. При тестировании ПК программой POST (а она зависит от конкретной BIOS) предусмотрена следующая звуковая сигнализация: 1. Длинный сигнал или продолжительные короткие гудки — неисправен блок питания. 2. 1 короткий сигнал или 1 длинный и 2—3 коротких — неисправен видеоадаптер. 3. 1 длинный и 1 короткий сигнал — неисправна системная плата. 4. 1 короткий сигнал (экран дисплея не светится) — неисправен дисплей. 5. 3 коротких сигнала — ошибка при обращении к ОЗУ. 6. 9 коротких сигналов — ошибка в чековой сумме ПЗУ BIOS и т.д. В данных случаях мы имеем достаточно конкретное указание на место, в котором локализована неисправность. В случае неопределенности причины отказа такая локализация может быть затруднена. 2.1.1. Легкоустранимые отказы ПК 1. Перекос адаптерной платы. При включении компьютера на экране монитора высвечиваются строчные полосы, говорящие о том, что нарушена система синхронизации. Разборка корпуса компьютера и последующая сборка показали, что источником этих неполадок был перекос адаптерной платы вследствии того, что системная плата была «слишком» приближена к стенке корпуса ПК. Следовательно, нижний край адаптерной платы вставлялся изначально нормально, а верхний — отжимался боковой стенкой в сторону, подвытаски-вая нижний край адаптера из слота (разъема). Нарушение контактов адаптера и слота и приводило к данному дефекту. Заметим, что подобные неполадки — явление довольно частое. В данном случае пользователь самостоятельно может устранить неполадки подобного свойства. 2. Плохой контакт в соединительном сигнальном кабеле. Кабель, соединяющий системный блок с принтером, как оказалось впоследствии, не имел четкого контакта штырьков с отверстиями разъемов. Следствием этого было непрохождение одного из сигналов в принтерный порт системной платы. 3. Отказ, вызванный сбоем SETUP. При загрузке компьютера нет обращения к жесткому диску. Проверка SETUP показала,что жесткий диск не «прописан» в CMOS — микросхеме конфигурации. Это могло произойти из-за мощной сетевой или электромагнитной помехи или из-за разряженной батарейки, крепящейся на системной плате. В другом случае жесткий диск может быть прописан в CMOS-конфигурации, но его тип не совпадает с типом, установленным в компьютере. Если пользователь знает тип жесткого диска, он может сам установить его параметры в SETUP. 4. Локальный перегрев. Системная (материнская) плата вышла из строя по причине перегрева микросхемы, причем, в течение года плата работала нормально. Если бы пользователь знал, что микросхема перегревается (можно плотно прислонить палец к корпусу микросхемы: если микросхема горячая, то палец трудно удержать прижатым к микросхеме; если не очень горячая, то можно считать, что тепловой режим нормальный), он мог бы приклеить радиатор на микросхему и тем самым предотвратить этот отказ. Теперь же ему, возможно, придется поменять всю системную плату. 5. Торможение вентилятора (кулера). Другим показательным примером может служить торможение вентилятора, охлаждающего центральный процессор, ленточным кабелем или другим сигнальным проводом, проходящим рядом с вентилятором. Загрязнение подшипников также может служить поводом для такого торможения. Следствие — выход из строя центрального процессора. Поскольку процессор не впаивается в системную плату, а вставляется в процессорный разъем, то его можно поменять, не меняя системной платы. Сложнее обстоит дело, если придется выпаивать и менять микросхему, вышедшую из строя по причине перегрева. Все эти вышеперечисленные примеры пользователь должен знать и держать их в уме, регулярно проверяя тепловой режим и топологическое состояние внутренней конструкции системного блока компьютера. Суммируя вышесказанное и исходя из статистики отказов и неисправностей, можно привести следующую таблицу наиболее уязвимых мест ПК. 2.1.2. Наиболее уязвимые модули и узлы ПК и причины, вызывающие их выход из строя Аппаратные модули: 1. Механические узлы: (разрушение подшипников, стирание движущихся поверхностей): 1) Движущиеся части жесткого диска. 2) Подвижные детали привода для гибких дисков. 3) Вентилятор блока питания. 4) Вентиляторы системного блока (если они есть в ПК). 5) Вентилятор (кулер), охлаждающий процессор. 6) Пластмассовые вращающиеся валики мыши. 7) Поверхности пластин жесткого диска. 8) Поверхности гибкого диска. 2. Электрические контакты (окисление, нарушение контакта): 1) Контакты адаптерных разъемов, расположенных на системной плате (слоты/slots). 2) Контакты микропроцессорных разъемов (сокеты/ sokets). 3) Контакты микросхем памяти. 4) Контакты разъемов ленточных кабелей. 3. Сильноточные микросхемы: (локальный перегрев, токовый пробой из-за перегрева): 1) Микропроцессоры. 2) Латчи (буферные защелки). 3) Контроллерные микросхемы. Аппаратно-программные модули: 1. Неустойчивая работа жесткого диска/Hard disk — деградация меток или стирание магнитного слоя. 2. Ненадежная работа микросхем ОЗУ (RAM) — старение микросхем. 3. Нарушение нормальной работы CMOS-памяти конфигурации — села батарейка поддержки, пробита микросхема CMOS-памяти. 4. Порча программы BIOS или POST в ПЗУ(Ж)М)— например, из-за сильных электрических наводок стерта часть программы или «пробита» часть памяти ПЗУ. 5. Искажен загрузочный модуль на нулевой дорожке жесткого или гибкого диска — деградация и старение магнитной записи, работа вируса. 6. Стерты фрагменты системных драйверов — из-за внезапного выключения ПК, мощных электромагнитных помех, вирусов. 7. Внедрен вирус, перехватывающий процедуру нормальной загрузки, источник — хакер или неопытный пользователь. 2.2. Устройство для диагностики неисправности и тестирования компьютеров — POST Card Как было сказано выше, при каждом включении питания ПК и до начала загрузки операционной системы процессор компьютера выполняет процедуру BIOS под названием «Самотест по включению питания» — POST (Power On SelfTest). Эта же процедура выполняется также при нажатии на кнопку RESET или комбинацию клавиш CTRL-ALT-DEL. Основной целью процедуры POST является проверка базовых функций и подсистем компьютера (таких как память, процессор, материнская плата, видеоконтроллер, клавиатура, гибкий и жесткий диски и т. д.) перед загрузкой операционной системы. Перед началом каждого из тестов процедура POST генерирует так называемый POST-код, который выводится по определенному адресу в пространстве адресов устройств ввода/ вывода компьютера. В случае обнаружения неисправности в тестируемом устройстве процедура POST просто зависает, а выведенный POST-код определяет, на каком из тестов произошло зависание. Таким образом, качество и точность диагностики при помощи POST кодов полностью определяется точностью тестов соответствующей процедуры POST BIOS компьютера. Адреса портов для вывода POST-кодов зависят от типа компьютера: ISA, EISA - 80h, ISA-Compaq - 84h, ISA-PS/ 2 - 90h, MCA-PS/2 - 680h, некоторые EISA - 300h. В основном, в большинстве случаев используется порт 80п с системной шиной ISA, где POST-коды представляют собой байт, который приводится в таблицах POST-кодов в виде одноразрядных шестнадцатиричных чисел в диапазоне OOh-FFh (0-255 в десятичной системе счисления). Таблицы POST-кодов отличаются для различных фирменных BIOS и в связи с появлением новых тестируемых устройств и чипсетов несколько отличаются даже для различных версий одного и того же производителя BIOS, таблицы POST-кодов приводятся в руководствах к материнским платам (например, руководства к платам P6SBA-P6DBS Supermicro). Для отображения POST-кодов в удобном для пользователя виде служат устройства под названием POST Card. POST Card — плата расширения компьютера, вставляемая (при выключенном питании!) в свободный (соответствующий ее разъему — ISA или PCI) слот и имеющая два семисегментных индикатора для отображения POST-кодов. Самая простая POST Card для шины ISA отображает POST-коды по фиксированному адресу 80h и не имеет переключателей для изменения этого адреса. Прохождение сигнала RESET компьютера на такой POST Card фиксируется по миганию точек семисегментного индикатора POST кодов либо отображается на нем специальными символами. В качестве примера можжно привести POST-карту фирмы DataDepot Inc — PocketPOST, или PHD 16 для шины ISA (Professional Hardware Diagnostics) фирмы Ultra-X, Inc. Диагностические карты обычно выполняют следующие тесты: • Тестирование процессора. • Проверка контрольной суммы ROM BIOS. • Проверка и инициализация контроллеров DMA, IRQ и таймера 8254. После этой стадии становится доступной звуковая диагностика. • Проверка операций регенерации памяти. • Тестирование первых 64 Кб памяти. • Загрузка векторов прерываний. • Проверка процедуры инициализации видеоконтроллера. Затем диагностические сообщения выводятся на экран. • Тестирование полного объема ОЗУ. • Тестирование клавиатуры. • Тестирование CMOS-памяти. • Проверка процедуры инициализации СОМ- и LPT-портов. • Инициализация и тест контроллера НГМД. • Проверка процедуры инициализации и тест работы контроллера НЖМД. • Поиск дополнительных модулей ROM BIOS и их инициализация. • Вызов загрузчика операционной системы (INT 19h, Bootstrap), затем, при невозможности загрузки операционной системы, попытка запуска ROM BASIC (INT 18h); при неудаче — остановка системы (HALT). Последовательность действий при ремонте компьютера с использованием POST Card выглядит следующим образом: • Выключается питание неисправного компьютера. • Устанавливается POST Card в любой свободный слот материнской платы. • Компьютер включается, и оператор считывает с индикатора POST Card соответствующий POST-код, на котором зависает загрузка компьютера. • По таблицам POST кодов пользователь может определить, на каком из тестов возникли проблемы. При выключенном питании производятся перестановки джамперов, шлейфов, модулей памяти и других компонентов с целью устранить неисправности.• Пункты 3, 4, 5 повторяются еще раз с целью повторяемости устойчивого результата — прохождения процедуры POST и начала загрузки операционной системы. • Далее при помощи программных утилит производится окончательное тестирование аппаратных компонентов, а в случае плавающих ошибок осуществляется длительный прогон соответствующих программных тестов. На практике, прежде всего, при включении питания перед началом процедуры POST должен произойти сброс системы сигналом RESET, что индицируется на POST Card специальными символами или светодиодом. При неисправности компьютера в самом сложном случае сброс либо совсем не проходит, либо проходит, но никакие POST-коды на индикаторе не отображаются. В этом случае рекомендуется сразу же выключить компьютер, вытащить все дополнительные платы и кабеля, а также память из материнской платы, оставив подключенной к блоку питания только собственно материнскую плату с установленными процессором и POST Card. Если при последующем включении компьютера нормально проходит сброс системы и появляются первые POST-коды, то, очевидно, проблема заключается во временно извлеченных компонентах компьютера; возможно также — в неправильно подключенных шлейфах (особенно часто вставляют наоборот шлейф IDE). Вставляя последовательно память, видеоадаптер, а затем и другие карты, и наблюдая за POST-кодами на индикаторе, обнаруживают неисправный модуль. При неисправной памяти для компьютеров с AMI BIOS последовательность POST-кодов обычно останавливается на коде d4 (для старых плат 386/486 - на коде 13); с AWARD BIOS — на кодах С1 или Сб. Бывает, что при этом неисправна не сама память, а, например, материнская плата — причина заключается в плохом контакте в разъемах SIMM/DIMM (согнуты/замкнуты между собой контакты) либо плохо, не до конца вставлена сама память в разъеме. При неисправном видеоадаптере для компьютеров с AMI BIOS последовательность POST-кодов останавливается на кодах 2С, 40 или 2А в зависимости от модификации BIOS, либо проскакивает эти коды без появления на мониторе соответствующих строк инициализации видеокарты (с указанием типа, объема памяти и фирмы-производителя видеоадаптера). Для компьютеров с AWARD BIOS при неисправности видеоадаптера последовательность POST-кодов либо останавливается на коде 0d, либо проскакивает этот код (особенно часто это наблюдается на Pentium I/Pentium II материнских платах). Если память и видеоадаптер тестируются нормально, то, устанавливая по одной остальные карты и подключая шлейфы, на основании показаний индикатора POST Card определяют, какой из компонентов подсаживает системную шину и не дает загрузиться компьютеру. Если не проходит начальный сброс системы (на индикаторе POST Card в самом начале теста не появляются специальные символы, свидетельствующие о прохождении сигнала RESET или не загорается соответствующий светодиод), значит, неисправен блок питания компьютера (например, не формируется сигнал PowerGood) либо неисправна сама материнская плата. Очень часто причиной неработоспособности является недожатие до упора процессора в Slotl Если все переключатели, джамперы (перемычки) и процессор установлены правильно, а материнская плата ьсе же не запускается, следует заменить процессор на заведомо исправный. Если же и это не помогает, то можно сделать вывод о неисправности материнской платы либо ее компонентов (например, причиной неисправности может являться повреждение информации во FLASH BIOS). Главным достоинством POST Card является то, что она не требует для своей работы подключения дисплея и тестирование компьютера при помощи POST Card возможно на ранних этапах процедуры POST, когда еще не доступна звуковая диагностика. 2.3. Профессиональная система анализа и тестирования оперативной памяти Как утверждалось выше, установка таких операционных систем, как, например, Windows NT 4.0, требует надежной работы ОЗУ — оперативной памяти в широком диапазоне температур и временных интервалов. При инсталляции программа установки производит такое тестирование и по его результату вырабатывает решение о возможности или невозможности установки операционной ситемы на компьютер. Однако независимые тестовые программы могут выполнить эту задачу с лучшими результатами. Такая профессиональная система анализа и тестирования оперативной памяти использует прямые запросы обращения оборудования для выполнения тестовых задач, которые позволяют программе устранить потребность в любой операционной системе. Обычно такая программа загружается с дисковода для гибких дисков. Тесты запускаются из меню в ручном режиме или выполняются в автоматическом режиме. В ручном режиме пользователь может выбрать один из предложенных тестов, включая тестирование логических уровней: смежные элементы (включение и выключение), псевдопроизвольный, паритет (стандарт и инверсия), последовательный — правый (стандарт и инверсия), «шахматная доска» (стандарт и инверсия), «баттерфляй» (бабочка) и т. д. Такие программы обычно обладают способностью проверки шины данных, линий адресов и схемы регенерации. При автоматическом способе программа сама выбирает наиболее популярные алгоритмы и управляет испытательным циклом в течение 48 часов. В автоматическом режиме при обнаружении ошибок подается звуковой сигнал. Многие из таких программ дают возможность пользователю тестировать оперативную память без любых драйверов памяти, ограничений операционных систем или защищенного режима Windows. 2.4. Диагностика и устранение неисправностей жесткого диска Конструктивно жесткий диск представляет собой почти полную аналогию конструкции персонального компьютера. Соответственно, и подход к диагностике неисправностей НЖМД полностью аналогичен подходу к поиску неисправности, собственно, самого ПК. С совершенствованием персональных компьютеров, их возможностей изменилась и сама форма их сервисного обслуживания, профилактики и ремонта. Показателем такого изменения является перенос центра тяжести на: ПРОГРАММНУЮ диагностику; АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЕ восстановление узлов компьютера; МОДУЛЬНУЮ замену при поиске неисправностей; РЕМОНТ модуля, если это возможно. 2.4.1 Технология самотестирования накопителей S.M.A.R.T. (SelfMonitoring Analysis and Reporting Technology) В самое последнее время для обслуживания жестких дисков начали применять технологию самотестирования накопи телей S.M.A.R.T. (SelfMonitoring Analysis and Reporting Technology) предложили корпорации IBM и Compaq на базе ранее разработанных ими технологий PFA (Predictive Failure Analysis) и DFP (Drive Failure Prediction) Суть S.M.A.R.T.-технологии заключается в том, что сам винчестер отслеживает состояние своей работоспособности и в любой момент, по команде с интерфейса может сообщить эту информацию управляющей программе. Новая технология стандартизирована организацией ANSI при разработке нового IDE-интерфейса — АТА-3. В настоящее время практически все производители НЖМД (Fujitsu, IBM, Maxtor, Quantum, Seagate, Western Digital) используют S.M.A.R.T.-технологию в своих новых накопителях. Параметры, которые характеризуют состояние S.M.A.R.T.-накопителя, называются атрибутами надежности. Их значения хранятся в энергонезависимой памяти или на служебных дорожках НЖМД. Количество атрибутов может достигать тридцати. По мере износа накопителя или при появлении сбоев в работе (в том числе и незаметных для пользователя) значения атрибутов изменяются. Условно все атрибуты надежности можно разбить на две категории. Первая характеризует естественное и неизбежное старение накопителя в процессе работы. Ко второй категории относятся те параметры накопителя, которые характеризуют его предаварийное состояние, например высоту полета головки над поверхностью диска, скорость передачи данных с магнитных поверхностей, время, необходимое для готовности к работе, подсчет предназначений сбойных (bad) секторов, совершенных накопителем ошибок позиционирования и т. д. Значение атрибутов надежности могут лежать в диапазоне от 1 до 253, хотя некоторые производители придерживаются значений от 1 до 100. Высокий показатель говорит о низкой вероятности выхода накопителя из строя, и наоборот. Для каждого атрибута разработчики определяют пороговое значение. Кроме порогового значения для каждого атрибута определен дополнительный бит, который также характеризует предварительное состояние накопителя. В последнее время появились программы S.M.A.R.T.-flH-агностики. Например, утилита SMARTVision, предназначенная дя работы под управлением ОС Windows 9x и Windows NT, позволяет регулярно считывать S.M.A.R.Т.параметры винчестера при каждом запуске системы. С помощью этой программы можно получить полную информацию о состоянии жестких дисков, установленных в ПК. После загрузки системы значок S.M.A.R.T.-диагностики появляется в правом углу панели задач Windows 9x. Если ПК оснащен несколькими S.M.A.R.T.винчестерами, то значок общего S.M.A.R.T.-состояния в панели задач состветствует накопителю с худшим результатом. Советуем вам мысленно сгруппировать все виды неисправностей жесткого диска следующим образом: • программные, • аппаратные. К программным неисправностям отнесем ошибки, вызванные искажением служебных файлов, относящихся к так называемым утилитам и, в принципе, являющихся программной частью компьютера. К ним могут относиться все файлы DOS, драйверы периферийных устройств. Вы можете спросить: при чем здесь неисправность винчестера? Вспомните, эти файлы в компьютере записаны на жестком диске и являются «почти системными». Но, с другой стороны, если, например, искажен «модуль» встроенной команды «сору», то этот тип неисправности можно отнести к ПРОГРАММНОАППАРАТНОМУ, поскольку испорчена миикросхема ПЗУ с BIOS. К аппаратным неисправностям, следовательно, мы отнесем искажения информации», запечатленной или в микросхемах ПЗУ, или в системной части жесткого диска. Если есть аналогичный, постоянно работающий в компьютере модуль, с записанной на нем системной информацией, зна чит, и он будет объектом поиска аппаратной неисправности в машине. Также к аппаратным неисправностям относятся выход из строя микросхем плат электроники, моторов, головок записи/считывания и т. д. Практика показывает, что отказы аппаратной части вин-чстеров можно классифицировать следующим образом: • деградация магнитных свойств рабочего слоя поверхностей пластин, • ухудшение соотношения сигнал/шум, проявляющееся при считывании низкоуровневых меток, • качание пластин (износ подшипников шпинделя, головки касаются пластин), • нарушение работы контроллера (отказ электронных компонентов платы винчестера), • нарушение центровки головок, • отсутствие контакта в соединительных ленточных кабелях, • выход из строя двигателей (приводов). Существуют специализированные тестеры с соответствующими программными средствами для решения подобных задач. Иногда они представляют собой плату, вставляемую в свободный разъем системной платы компьютера, не «конфликтующую* с другими периферийными устройствами и имеющую следующие режимы работы: • проверка НЖМД: сюда входят проверка канала считывания/записи, проверка системы позиционирования, проверка шпиндельного двигателя и его схемы управления; • проверка контроллера: проверка интерфейса НЖМД, проверка однокристального контроллера, проверка управляющего микропроцессора, сепаратора данных итракта преобразования данных, проверка буферного ОЗУ; • комплексная проверка контроллера, буфера сектора, проверка река либровки (позиционирование на начальные секторы), проверка формата, поверхностей, чтение и запись в режиме случайного выбора дорожек и секторов; • форматирование: в этом режиме тестер может осуществлять восстановление формата нижнего уровня и паспортных данных диска. В качестве примера можно представить специализированный тестер HD TESTER IDE для диагностики и ремонта НЖМД. Тестер имеет название PC — 3000 AT для диагностики и ремонта винчестеров. В случае необходимости восстановления диска с интерфейсом IDE помощь такого устройства была бы неоценимой. В других случаях пользователям приходится применять средства попроще. Специализированный тестер HD TESTER IDE для диагностики и ремонта НЖМД Фирмой Pock изготовлен специализированный тестер РС-3000 AT для диагностики и ремонта винчестеров в ПК с монитором VGA/SVGA. В комплект входят: • стандартная плата, вставляемая в слот IBM-совместимого PC AT; • дискета с программным обеспечением; • дискета с описанием. При работе тестер не конфликтует с собственным НЖМД компьютера. Тестер имеет следующие режимы работы: 1. Проверка накопителя — режим тестирования, предназначенный для проверки и ремонта: • канала считывания/записи; • системы позиционирования; • шпиндельного двигателя и его схемы управления. 2. Проверка контроллера — режим тестирования, предназначенный для проверки и ремонта: • IDE-интерфейса накопителя; • управляющего микропроцессора; • сепаратора данных и тракта преобразования данных; • буферного ОЗУ. 3. Комплексный тест — режим тестирования, предназначенный для проверки входных/выходных сигналов. 4. форматирование — в этом режиме тестер осуществляет корректное восстановление формата нижнего уровня (low-level) и паспорта диска. Например, при комплексном тестировании последовательно выполняются следующие тесты: — тест контроллера; — тест буфера сектора; — тест рекалибровки, проверка формата, случайное чтение; — проверка поверхностей. Информация о всех режимах работы тестера отражается на дисплее. Прибор эффективен, прост и надежен в работе. Например, пакет SpeeedStore. Итак, если вы воспользовались программой из пакета SpeeedStore — HardPrep, проставьте тип диска и приступайте к форматированию. Если процедура прошла успешно, то это еще не повод для ликования, поскольку окончательный результат может быть получен только после организации разделов, в том числе и активного. Успешная загрузка с активного раздела при перезапуске компьютера покажет, что вы шли верным путем. Возможно, вышеприведенные процедуры придется повторить несколько раз с целью оптимизации положительного результата. 2.5.Диагностика и ремонт мониторов По статистике, отказы дисплеев с ЭЛТ составляют существенную долю неисправностей ПК, поэтому в этой статье мы решили рассмотреть вопросы эксплуатации, технического обслуживания и ремонта цветных VGA- и SVGAдисплеев. В таблице 12 приведены параметры графического адаптера, которые поддерживает конкретная стандартная системная плата. Предотвратить отказ... Как показывает опыт, отказы дисплеев начинаются после 3—5 лет эксплуатацией. Срок их исправной работы можно значительно увеличить, строго соблюдая правила размещения, эксплуатации и профилактического обслуживания. Основные отличия монитора от телевизора назвать несложно: отсутствует радиоканал, используются другие значения кадровой (40—120 Гц) и строчной (15—120 кГц) разверток. Подача информации из ПК на дисплей производится через три раздельных канала (красный, зеленый, синий цвета) и канал синхронизации. Неисправность дисплея может заключаться как в самом мониторе, так и в кабеле или в видеоадаптере, который находится в системном блоке ПК. Путем замены видеоадаптера определяем, что, например, неисправен именно монитор. К ремонту монитора приступаем снаружи: прежде всего проверяем наличие на нем сетевого напряжения и штатных сигналов на обоих концах видеокабеля. Далее, анализируя проявления (симптомы) неисправности, делаем предварительное заключение о неисправности определенного блока. Проблема диагностики усложняется тем, что при неисправном мониторе исключена возможность увидеть на экране информацию, выводимую тестовыми программами, и прочитать код ошибки BIOS. He отчаивайтесь, сохраняйте оптимизм. Основные типовые неисправности мониторов и адаптеров (и их классификация) приведены в табл. 13—15. Следует отдельно сказать о неисправностях высоковольтного блока строчной развертки и выходного строчного трансформатора. Необходимо помнить, что этот блок вырабатывает высокое напряжение (до 25 кВ) для второго анода кинескопа с помощью высоковольтного выпрямителя (или умножителя напряжения), что требует особой внимательности и аккуратности при проведении диагностики и ремонта. Проверить наличие высокого напряжения можно так: провести рукой по экрану. Легкое потрескивание укажет вам на наличие зарядов и исправность высоковольтного выпрямителя. Основной неисправностью строчного трансформатора является короткое замыкание витков, резко ухудшающее добротность обмоток и приводящее к сильному нагреву. Часто выходит из строя промежуточный строчный трансформатор, включаемый между предоконечным и выходным транзистором строчной развертки. Если обмотки его пробиты и появились короткозамкнутые витки, он будет сильно греться. Следует помнить, что мощные импортные транзисторы блока строчной развертки (в отличие от отечественных) имеют встроенный защитный диод (в цепи коллектор — эмиттер) и резистор 30—50 Ом (в цепи база — эмиттер). Эти транзисторы часто выходят из строя, и при замене на отечественные надо учитывать их особенности. Часто пробивается изолирующая прокладка под мощными транзисторами, что приводит к замыканию их коллекторов на корпус дисплея. При замене лучше поставить две прокладки, тщательно промазав их теплопроводящей пастой (краской). Вот, пожалуй, и все приемы и правила размещения, эксплуатации, профилактики, диагностики и ремонта цветных дисплеев. Надеемся, что они будут вам полезны. В случае сложных неисправностей дисплей должны ремонтировать квалифицированные специалисты, имеющие специальную аппаратуру и, по крайней мере, принципиальную схему дисплея. 2.6. Диагностика работоспособности блока питания Проверка принципиальной работоспособности блока питания “на включение”, тестирование его в рабочем режиме на соответствие реальных выходных параметров заявленным, на стабильность показываемых характеристик при разном уровне конечной нагрузки. От качества выходного электроснабжения напрямую зависит нормальная и стабильная работоспособность как самого компьютера в целом, так и отдельных составных частей, их долговечность. Блок питания - неотъемлемая часть любой электронной и радиоаппаратуры, компьютерной техники и периферийных устройств. Основная задача блоков питания – преобразование электрической энергии, полученной от внешних источников питания (в большинстве случаев от сети переменного тока 220 В) в тип и форму, необходимую конкретному конечному устройству потребления. Основными техническими характеристиками блоков питания являются: параметры электрического тока на входе, параметры электрического тока на выходе, максимальная мощность, которую блок питания может предоставлять конечному потребителю. Например, вход - переменный ток напряжением 220 Вольт, частота 50 Гц, выход – постоянный ток напряжением 12 Вольт, максимальная сила тока 15 Ампер, максимальная мощность 400 Ватт. Блок питания может иметь единственный выходной разъем (пример, внешние блоки питания для ноутбука) или несколько выходных разъемов, каждый из которых имеет свои параметры (пример, блок питания настольного персонального компьютера, у которого несколько выходных цепей питания со своим напряжением +3,3 В, +5 В, +12 В, - 12 В и т.п.). Какова вероятность отказа блока питания ПК при частом включении и выключении ПК? Блоки питания ПК чаще всего выходят из стоя при включении ПК из-за резонансных явлений, вызывающих перегрузку выходных и входных цепей блока питания. Поэтому частое включение и выключение ПК неблагоприятно сказывается на его надежности в работе. На надежность работы компьютера влияют также помехи в цепях электропитания. Для нормальной работы ПК необходимо, чтобы напряжение сети питания было достаточно стабильным, а уровень помех в сети не должен превышать определенной величины. При выборе места и способа подключения ПК к электросети необходимо учитывать следующие требования: • По возможности включайте ПК к отдельным линиям электропитания со своими защитными автоматами. • Проверьте сопротивление шины заземления (оно должно быть доли Ома). • Убедитесь в отсутствии помех, бросков и провалов напряжения питания. • Уровень помех в электросети возрастает при увеличении внутреннего сопротивления линии электропитания. Не пользуйтесь без крайней необходимости удлинителями. • Не подключайте к одной розетке ПК и другую бытовую технику (холодильник, телевизор, СВЧ-печь, пылесос, кондиционер и т. д.). Блок питания (БП) обычно рассчитан на работу в сети переменного тока 115127 В и 220-240 В и имеет мощность 150-400 Вт. Он размещается внутри системного блока справа от системной платы в большом металлическом корпусе и подключается к ней с помощью многожильного кабеля. Для подачи питания +5 и +12 В на НЖМД и НГМД в нем предусмотрен набор четырехжильных кабелей. Следует помнить, что распайка разъема БП, подключаемого к системной плате, не во всех ПК одинакова. На заднейпанели БП имеется переключатель напряжения электропитания. Кабель сетевого питания ПК подсоединяется к разъему на задней стенке БП, на которой, как правило, также имеется гнездо для подключения кабеля питания дисплея. 2.7.Диагностика и причины отказов сетевых плат Наиболее распространенные отказы сетевых плат связаны с: • превышением допустимого напряжения питания; • воздействием статических разрядов; • повреждением последовательных и параллельных портов. Отказы плат расширения в большинстве случаев являются следствием: • воздействия статических разрядов; • превышения напряжения на входах; • перегрузки выходов по току; • неправильной эксплуатации устройств на основе КМПО, связанной с нарушением последовательности подачи питающих напряжений; • особого внимания требует к сетевым платам проверка «разводки» кабелей. Ошибка в разводке кабеля может привести к выходу из строя как платы, так и дорогостоящего компьютера; • Одновременный отказ нескольких компонентов. Вероятность случайного отказа даже одного компонента является очень небольшой. Поэтому одновременный выход из строя нескольких компонентов на плате должен быть однозначным сигналом пользователю тщательным образом искать собственные ошибки; • Проверка «мертвых» плат. Для проверки полностью вышедших из строя плат существует простой, но чрезвычайно эффективный тест, выявляющий причины, связанные с перегрузкой по напряжению питания, ошибкой в его полярности или другой «силовой» ситуацией. Для начала нужно полностью отсоединить проверяемую плату системного блока. Далее, используя обычный цифровой измеритель сопротивления на пределе 2000 Ом, нужно измерить сопротивление между шинами «питание» и «земля». Запишите полученное значение. Поменяв местами щупы прибора, измерьте обратное сопротивление. Если соотношение сопротивлений 21 и больше, весьма вероятно, что имела место перегрузка по питанию. Наиболее распространенная причина — ошибка в полярности питания при подключении; Другие признаки перегрузки по напряжению. При превышении номинального значения напряжения ИС обычно выходят из строя в следующем порядке: программируемые логические матрицы, ПЗУ и микросхемы СБИС. При этом температура корпуса вышедшей из строя ИС значительно увеличена. Обычно в этом случае перегревается только одна ИС; Последовательность подачи напряжения питания. Основная причина выхода из строя ИС вводавывода заключается в подаче сигналов на вход ПК при отключенном напряжении питания. Подключение сигнала +5 В на вход обычной ТТЛ микросхемы, если питание на нее не подано, не вызывает никаких нежелательных последствий. Иначе обстоит дело с ИМС КМОП; В такой ситуации из1за конструктивных особенностей входных элементов КМОП логики происходит протекание тока через этот вход на общую шину питания всей платы. Поскольку большинство входов рассчитано на ток до 25 мА, в этом случае часто происходит повреждение входной ИС; Отказы при подаче напряжения питания. Даже в описанной ситуации не происходит разрушения входа (входной ток мог быть ограничен), ИС может быть разрушена при последующей подаче питания. Это происходит вследствие того, что входной ток смещает элементы ИС таким образом, что они начинают действовать как прямо смещенные диоды при подаче напряжения питания. Эта причина является типичной при отказах ИС последовательных интерфейсов; Отказы последовательных и параллельных интерфейсов. Иногда пользователи подключают устройства к последовательным или параллельным портам включенного ПК. Это может вызвать отказ, упомянутый в разделе «Отказы при подаче напряжения питания». Однако даже при подключении вышеупомянутых устройств к ПК с выключенным питанием возможен другой механизм отказа. Некоторые устройства, подключенные через последовательный интерфейс, и принтеры не имеют соединения с единой цепью силового заземления. Ток утечки может привести к появлению на последовательном или параллельном портах сигналов на 20—40 В выше уровня «земли» ПК, что станет причиной их выхода из строя. Если контакт заземления соединится первым, это не вызовет осложнений, но и не явится гарантией от проблем. Отсюда следует одно из главных правил эксплуатации: никогда не следует производить какихлибо подключений не полностью обесточенной аппаратуры к ПК; «Горячее» подключение. Установка сетевых плат в системный блок при подключении питания обычно не приводит к выходу платы из строя. Тем не менее ни в коем случае не делайте этого! Плата может быть повреждена, если во время установки контакты соединяются в неправильной последовательности. При этом обычно повреждаются ИС шинных буферов и они пробиваются при подаче напряжения. Это является одним из наиболее распространенных отказов плат расширения; Чрезмерно длинные сигнальные провода. Еще одним источником отказа, который был выявлен недавно, являются чрезмерно длинные провода на цифровых входах. Длинные провода работают как антенны, которые принимают помехи. В них также могут проявляться эффекты, аналогичные несогласованной линии связи. При подключении к ним сигналов 5 В появляются переходные импульсы. Иногда наблюдаются субмикросекундные импульсы амплитудой 8 В и больше. В таких случаях рекомендуется подключить конденсатор, например емкостью 0,1 мкФ, параллельно входным контактам. Это также устранит радиопомехи и другие высокочастотные наводки. 2.8. Диагностика СD/DVD-привода Последовательность поиска неисправности и диагностики СD/DVDприводов такова: определяется обобщенная структура устройства; определяются основные взаимосвязи элементов; выясняется характер влияния отсутствия необходимых связей (либо появления несанкционированных связей) на общее поведение устройства в целом; локализуется место неисправности в пределах отдельного чипа, ответственного за данную взаимосвязь; проверяются сигналы на выводах чипа на соответствие спецификации производителя; заменяется неисправный элемент. В результате ремонт уже не сводится к общепринятым формулам «замена электроники», «замена оптики» и не становится опустошительным для кармана клиента. Чтобы рассмотреть наиболее характерные неисправности CD-ROM, обратимся к структуре этого достаточно сложного устройства, представленной на рис. 1. Рис. 1. Структурная схема CD-ROM В соответствии с этой структурой можно выделить три основные группы его «болезней»: механические неисправности; неисправности оптической системы; неисправности электронных компонентов. Первая группа неисправностей является превалирующей.Механические неисправности составляют 80...85% общего числа неисправностей. Их также можно разделить на несколько основных групп: отсутствие смазки трущихся частей; скопление пыли и грязи на подвижных частях механизма транспортировки диска; засаливание фрикционных поверхностей; нарушения регулировок; механические поломки деталей транспортного механизма. Отсутствие смазки приводит к тому, что CD-ROM с трудом выталкивает каретку с диском. В простых механизмах, где каждый элемент выполняет несколько функций, отсутствие смазки приводит, например, к заклиниванию замка каретки и исключает возможность использования CD-ROM. Скопление пыли и грязи на подвижных частях, особенно на краях подвижных салазок каретки, делает практически невозможным запирание механизма, и в результате CD-ROM постоянно выбрасывает диск. Рис. 2. Характерные места скопления грязи и пыли на каретке оптического диска Засаливание фрикционных поверхностей приводит либо к остановке механизма каретки в промежуточных положениях, либо к проскальзыванию диска во время вращения. И то и другое делает использование CD-ROM невозможным. К подобному результату приводит и нарушение регулировок транспортного механизма. Перечисленные выше механические неисправности касаются в основном простых механизмов относительно дешевых CD-ROM. Дорогие модели, как правило, имеют сложные механизмы, и для них основным видом механических неисправностей является поломка деталей механизма. Чаще всего это происходит из-за того, что пользователь, вместо того, чтобы пользоваться кнопками управления, рукой заталкивает каретку с диском внутрь дисковода. Последствия таких действий могут оказаться самыми неприятными. Если загрязненный и неухоженный механизм достаточно прочистить, протереть, смазать – и он вновь исправно выполняет свои функции, то торопливость и чрезмерные усилия приводят к достаточно дорогому и длительному ремонту дисковода. Ко второму виду распространенных неисправностей относятся неисправности оптико-электронной системы считывания информации. Несмотря на небольшие размеры, система эта - очень сложное и точное оптическое устройство. Достаточно взглянуть на структурную схему (рис. 3), чтобы согласиться с этим. По частоте появления в течение первых полутора-двух лет эксплуатации отказы оптической системы составляют 10...15% от общего числа неисправностей. Чтобы выделить основные «болезни» оптики и их характерные проявления, рассмотрим ее состав: сервосистема управления вращением диска; сервосистема позиционирования лазерного считывающего устройства; сервосистема автофокусировки; сервосистема радиального слежения; система считывания; схема управления лазерным диодом. Диагностика СD/DVD-приводов в зависимости от выбранной для конкретной модели стратегии коррекции ошибок и, соответственно, сложности процессора и устройства в целом, на практике тот или иной CD-ROM может либо исправлять одну-две мелкие ошибки в кадре информации (что соответствует дешевым моделям), либо в несколько этапов восстанавливать, с вероятностью 99,99%, серьезные и длинные разрушения информации. Как правило, такими корректорами ошибок оснащены дорогостоящие модели CD-ROM. Это и есть ответ на часто задаваемый вопрос: «Почему вот этот диск читается на машине товарища, а мой ПК его даже не видит?» С выхода процессора цифровых данных откорректированная цифровая информация через интерфейс связи поступает на вход ПК, где подвергается дальнейшей обработке. Если чтение производится с аудиодиска, информация поступает на цифровой фильтр, с него на цифроаналоговый преобразователь и далее, через цепи аналоговой коррекции и усиления, – на аудиовыходы. Таким образом, даже после поверхностного рассмотрения функциональной схемы устройства CD-ROM можно сделать вывод, что данное устройство является весьма сложной электронной системой, а значит, без правильно выбранной стратегии поиска неисправностей найти конкретного «виновника» чрезвычайно трудно. Несложно найти неисправность, когда она сама о себе заявляет (как, например, на рис. 6). Но к сожалению, в подавляющем большинстве случаев неисправная микросхема по внешнему виду не отличается от исправной. Рис. 6. Неисправная микросхема на плате CD-ROM На рис. 7 приведен алгоритм поиска и обнаружения неисправностей, который используется специалистами фирмы «ЕПОС» для поиска неисправностей устройств CD-ROM практически любого типа. На практике этот алгоритм неизменно дает положительный результат. Рис. 7. Алгоритм поиска неисправностей CD-ROM 2.9. Диагностика неисправностей и ремонт принтеров Принтеры (П) по способу печати делятся на три класса: — матричные (МП), — лазерные (ЛП), — струйные (СП), Принтеры (МП, ЛП, СП) являются сложными микропроцессорными электронно-механическими устройствами, собранными на современной электронной базе с применением оптоэлектроники, шаговых двигателей (ШД), электромеханического привода. Надежная работа этого большого комплекса элементов и узлов обеспечивает качественную и быстродействующую печать текста и графики (чертежи и схемы большого размера печатаются на графопостроителях). Знание принципиальной схемы П, владение методиками проведения диагностики и ремонта П, перечень типовых неисправностей одного класса П — все это необходимо как для сервис-инженеров по ремонту П, так и для пользователей ПК, которым регулярно приходится выводить информацию на П. Рассмотрение электрических схем нескольких десятков моделей МП, ЛП и СП показало: • структурные схемы П стандартны, являются одним из примеров применения программно-аппаратных комплексов для вывода информации на бумагу, которые реализованы на различной элементной базе; • подходы к диагностике и ремонту П стандартны и в основном не определяются элементной базой, на которой они построены; • как показывает многолетний опыт ремонта П, методика поиска неисправностей с помощью так называемого дерева вооружает ремонтника аналитическим подходом к ремонту, а именно: от общего к частному. Перечень типовых неисправностей П помогает сосредоточить внимание ремонтника именно на наиболее ненадежных блоках, узлах, платах и компонентах и, наконец, таблица неисправностей модели П конкретизирует типовые неисправности для элементной базы данной модели П; • для грамотного пользователя электрическая схема П и дерево поиска неисправностей вполне достаточны для эффективного проведения диагностики и ремонта. Особенности диагностики и ремонта принтеров Учитывая, что П работает в напряженном режиме, особенно при выводе большого объема информации, проблемы диагностики неполадок и неисправностей возникают довольно часто. Перечислим основные особенности диагностики и ремонта П: • Статистика показывает, что пик отказов П приходится на 3—5 годы эксплуатации, когда гарантийный срок уже закончился. • Помните, что некоторые неисправности требуют простой регулировки или профилактического обслужива-ния П и устраняются довольно быстро. Вопросам профилактического обслуживания П в книге уделено достаточно внимания. По статистике, в П одновременно возникает только одна неисправность, а не несколько. Это облегчает ее диагностику. Идентификации неисправности предшествуют мероприятия по ее диагностике. Главная трудность — это поиск причины неисправности (короткое замыкание, разрыв проводника, выход из строя радиокомпонента и т. п.), а сам фактический ремонт является самой простой заключительной частью работы инженера-ремонтника. Некоторые неисправности П конкретизируются при наличии аудиовидеоинформации либо при их отсутствии, что облегчает поиски неисправного блока, узла, платы. К сожалению, некоторые фирмы-производители П уделяют этому вопросу недостаточно внимания, а трудоемкость диагностики при этом значительно возрастает. Для замены блоков и плат достаточно знаний блок-схемы П. Однако, так как современные П построены на 1-2 электронных платах, то при диагностике упор делается на выявление дискретной неисправной компоненты и ее последующую замену. Это, естественно, усложняет ремонт (особенно без схемы), тем более, что вышедшая из строя ИС, БИС, СБИС чаще всего является специализированной и в продаже бывает редко. Учитывая, что П является микропроцессорным устройством, для его диагностики и ремонта пригодны все методы и аппаратура, которые используются для настройки и ремонта микропроцессорных систем. Этому вопросу посвящено множество пособий и литературы. Неисправности П подразделяются на три основных вида: аппаратные, программные и программноаппаратные. Статистика неисправностей П свидетельствует о том, что в основном встречаются аппаратные неисправности. Любые модели П можно отремонтировать, применяя одни и те же методики и приборы. Лечение оказывается одинаковым, изменяются только «болезни» П. Ремонт — процесс творческий, требующий обширных знаний и опыта, процесс усложняется тем, что электрические схемы П (в особенности последних моделей) всегда отсутствуют у ремонтника. Не сомневайтесь — опыт плюс время победят любую неисправность! • Методика поиска аппаратной неисправности состоит в последовательной проверке: • работы шаговых двигателей, механического привода, блокировок и сигнализации; • напряжений питания П; • всех кварцевых генераторов, тактовых генераторов, линий задержек; • работы микропроцессора и микроконтроллера (наличие штатных сигналов на выводах), функционирования шин адресов, данных и управления; • сигналов на контактах ПЗУ, ОЗУ и СБИС и всего П в целом; • сигналов на контактах разъемов. Если ремонтник хорошо знает аппаратную часть микропроцессорных систем, имеет достаточный опыт диагностики и ремонта П, то его труд непременно увенчается успехом. 3. Средства отладки и диагностики микропроцессорных устройств и систем С точки зрения особенностей МПС можно выделить следующие этапы, типичные для их создания: 1. формализация требований к системе; 2. разработка структуры и архитектуры системы; 3. разработка и изготовление аппаратурных средств и программного обеспечения системы; 4. комплексная отладка и приемосдаточные испытания. На каждом этапе проектирования микропроцессорной системы могут быть внесены неисправности людьми и приняты неверный проектные решения. Кроме того, в аппаратуре могут возникнуть дефекты. Средства отладки и диагностирования призваны обнаружить эти ошибки на самых ранних этапах. Под диагностикой будем понимать процесс определения причины появления ошибки по результатам тестирования, а под отладкой – процесс обнаружения ошибок и определение источников их появления по результатам тестирования при проектировании МПС. Отладка аппаратуры предполагает проверку отдельных устройств микропроцессорной системы — процессора, ОЗУ, контроллеров — путем подачи тестовых входных воздействий и съема ответных реакций. Тестовые входные воздействия и ответные реакции определяются исходя из спецификаций на устройств, а также структурных схем устройств. При этом проверяются реальнаяаппаратура прототипа, спецификации, структурные схем, отлаживаются тесты. Отладка программ микропроцессорной системы проводится, как правило, на тех же ЭВМ, на которых велась разработка программ, и на том же языке программирования, на котором написаны отлаживаемые программы. Она может быть начата даже при отсутствии аппаратуры микропроцессорной системы. При этом в системном программном обеспечении ЭВМ должны находиться программы (интерпретаторы или эмуляторы), моделирующие функции отсутствующих аппаратурных средств. Кроме того, при отладке программ может отсутствовать внешняя среда микропроцессорной системы, которую необходимо также моделировать. К традиционным методам комплексной отладки аппаратуры и программного обеспечения микропроцессорных систем можно отнести следующие: 1. схемная эмуляция, в том числе внутрисхемная, а также с использованием режима ONCE (у микроконтроллеров фирмы Intel); 2. эмуляция памяти программ; 3. использование внутренних специальных средств микропроцессорных БИС (например, BDM порта микроконтроллеров фирмы Motorola); 4. использование внешних относительно целевой БИС аппаратных средств, размещаемых на плате микропроцессорного контроллера; 5. использование супервизора отладки, присоединяемого к плате микропроцессорного контроллера на период отладки; (разрабатывается в последнее время в качестве метода комплексной отладки). Средствами отладки являются приборы, комплексы и программы, которые должны: 1. управлять поведением системы или (и) ее модели на различных уровнях абстрактного представления. 2. собирать информацию о поведении системы или (и) ее модели, обрабатывать и представлять на различных уровнях абстракции; 3. преобразовывать системы, придавать им свойства контролепригодности 4. моделировать поведение внешней среды проектируемой системы. Под управлением поведением системы или ее модели понимаются определение и подача входных воздействий для запуска или останова, для перевода в конкретное состояние последних. 3.1. Средства отладки и диагностирования В целом средства отладки и диагностирования можно разделить на 2 основные группы: 1. Программные 1) Программные симуляторы 2) Мониторы отладки 3) Интегрированная среда разработки 2. Аппаратно-программные 1) Внутрисхемные эмуляторы 2) Платы развития (оценочные платы) 3) Эмуляторы ПЗУ 4) Логические анализаторы 5) Сигнатурные анализаторы 6) Комплексы диагностирования Совокупность аппаратурных и программных средств, предназначенных для контроля работоспособности МПС, будем называть инструментальными средствами разработки и отладки МПС. Инструментальные средства решают задачи генерации входных воздействий, генерации выходных реакций, регистрации выходных реакций МПС, сравнения выходных реакций и анализа результатов контроля. Метод аппаратной отладки относится к наиболее распространенным методам отладки устройств с микропроцессорами или микроконтроллерами, применение которых возможно с начальных стадий проектирования. Суть этого метода состоит в том, что программа отлаживается в реальном масштабе времени, а механизм отладки для нее прозрачен. Вся отладка выполняется на компьютере в удобном для пользователя виде. 3.2. Программные средства 3.2.1. Симуляторы Симулятор - программное средство, способное имитировать работу микроконтроллера и его памяти. Как правило, симулятор содержит в своем составе: o Отладчик; o Модель ЦПУ и памяти. Более продвинутые симуляторы содержат в своем составе модели встроенных периферийных устройств, таких, как таймеры, порты, АЦП, системы прерываний. Наиболее распространенные симуляторы: PDS-52- представляет собой программно-логическую модель микроконтроллера, имитирующую (симулирующую) работу ядра архитектуры семейства Intel 8051 - памяти, АЛУ, системы команд, регистров, PDS-PIC -программно-логическая модель микроконтроллера РIС, PDS-AVR – ATMEL, PDS-XE – семейство XEMICS XE8000, PDS-SE - семейство Sensory RSC4x, PDS-430 - микроконтроллеры семейства MSP430 фирмы Texas Instrument Corporation. Симулятор должен уметь загружать файлы программ во всех популярных форматах, максимально полно отображать информацию о состоянии ресурсов симулируемого микроконтроллера, а также предоставлять возможности по симуляции выполнения загруженной программы в различных режимах. В процессе отладки модель “выполняет” программу, и на экране компьютера отображается текущее состояние модели. Загрузив программу в симулятор, пользователь имеет возможность запускать ее в пошаговом или непрерывном режимах, задавать условные и безусловные точки останова, контролировать и свободно модифицировать содержимое ячеек памяти и регистров симулируемого микропроцессора. С помощью симулятора можно быстро проверить логику выполнения программы, правильность выполнения арифметических операций. В зависимости от класса используемого отладчика, различные симуляторы могут поддерживать высокоуровневую символьную отладку программ. Некоторые модели симуляторов могут содержать ряд дополнительных программных средств, таких, например, как: интерфейс внешней среды, встроенную интегрированную среду разработки. В состав современных симуляторов входят также отладчики на языках высокого уровня, поскольку в комплект поставки, как правило, входит и соответствующий компилятор. В реальной системе микроконтроллер обычно занимается считыванием информации с подключенных внешних устройств (датчиков), обработкой этой информации и выдачей управляющих воздействий на исполнительные устройства. Чтобы в симуляторе не обладающем интерфейсом внешней среды смоделировать работу датчика, нужно вручную изменять текущее состояние модели периферийного устройства, к которому в реальной системе подключен датчик. Если, например, при приеме байта через последовательный порт взводится некоторый флажок, а сам байт попадает в определенный регистр, то оба эти действия нужно производить в таком симуляторе вручную. Наличие же интерфейса внешней среды позволяет пользователю создавать и гибко использовать модель внешней среды микроконтроллера, функционирующую и взаимодействующую с отлаживаемой программой по заданному алгоритму. Очевидной особенностью программных симуляторов является то обстоятельство, что исполнение программ, загруженных в симулятор, происходит в масштабе времени, отличном от реального. Однако, низкая цена, возможность ведения отладки даже в условиях отсутствия макета отлаживаемого устройства делают программные симуляторы весьма эффективным средством отладки. Отдельно необходимо подчеркнуть, что существует целый класс ошибок, которые могут быть обнаружены только при помощи симулятора. 3.2.2. Отладочные мониторы Отладочный монитор - специальная программа, загружаемая в память отлаживаемой системы. Она вынуждает процессор пользователя производить, кроме прикладной задачи, еще и отладочные функции: Загрузку прикладных кодов пользователя в свободную от монитора память; o Установку точек останова; o Запуск и останов загруженной программы в реальном времени; o Проход программы пользователя по шагам; Просмотр, редактирование содержимого памяти и управляющих регистров. Программа монитора обязательно должна работать в связке с внешним компьютером или пассивным терминалом, на которых и происходит визуализация и управление процессом отладки. Отладочные мониторы используют тот процессор, который уже стоит на плате пользователя. Достоинством этого подхода являются очень малые затраты при сохранении возможности вести отладку в реальном времени. Главным недостатком является отвлечение ресурсов микроконтроллера на отладочные и связные процедуры, например: монитор занимает некоторый объем памяти, прерывания, последовательный канал. Объем отвлекаемых ресурсов зависит от искусства разработчика монитора. В последнее время появились изделия, которые практически не занимают аппаратных ресурсов процессора, все они поддерживают современные стандарты BDM, JTAG, OnCE. 3.2.3. Интегрированная среда разработки (IDE) Совокупность программных средств, поддерживающая все этапы разработки программного обеспечения от написания исходного текста программы до ее компиляции и отладки, и обеспечивающая простое и быстрое взаимодействие с другими инструментальными средствами (внутрисхемным эмулятором, программным симулятором и программатором). При традиционном подходе, начальный этап написания программы строится следующим образом: Исходный текст набирается при помощи какого-либо текстового редактора. По завершении набора, работа с текстовым редактором прекращается и запускается кросс компилятор. Как правило, вновь написанная программа содержит синтаксические ошибки, и компилятор сообщает о них на консоль оператора. Вновь запускается текстовый редактор, и оператор должен найти и устранить выявленные ошибки, при этом сообщения о характере ошибок выведенные компилятором уже не видны, так как экран занят текстовым редактором. И этот цикл может повторяться не один раз. Если программа не слишком мала и тривиальна, собирается из различных частей, подвергается редактированию или модернизации, то даже этот начальный этап может потребовать очень много сил и времени программиста, и существенно притушить энтузиазм разработчика. Избежать большого объема рутины и существенно повысить эффективность процесса разработки и отладки позволяют появившиеся и быстро завоевывающие популярность т.н. интегрированные среды (оболочки) разработки (Integrated Development Environment, IDE). Концепция ИСР - объединение JTAG-отладчика/внутрисхемного эмулятора, программного отладчика-симулятора, компиляторов, текстового редактора, менеджера проектов и программатора в рамках единой интеллектуальной среды разработки, ориентированной на отладку программ на языке высокого уровня по исходному тексту дает поразительные возможности. Наличие в программной оболочке эмулятора встроенного редактора, встроенного менеджера проектов и системы управления позволяют существенно облегчить работу разработчика, избавив его от множества рутинных действий. Для разработчика стирается грань между написанием программы, ее редактированием и отладкой. Переход от редактирования исходного текста к отладке и обратно происходит «прозрачно» и синхронно с активизацией соответствующих окон, менеджер проектов автоматически запускает компиляцию по мере необходимости и активизирует соответствующие окна программного интерфейса. Столь же просто можно осуществить и переход к отладке проекта с помощью имеющегося отладчика-симулятора или приступить к «прошивке» ПЗУ отлаженной программой. В общем случае, различные модели внутрисхемных эмуляторов могут предоставлять пользователю возможности по контролю и управлению функционированием отлаживаемых устройств с разного рода ограничениями. Например, это может быть некорректное обрабатывание прерываний в пошаговом режиме, или запрет на использование последовательного порта и т.п.. Также необходимо помнить, что каждая реальная модель эмулятора имеет свой набор поддерживаемых компиляторов. Некоторые фирмы-производители эмуляторов сознательно идут на ограничение количества поддерживаемых компиляторов, в первую очередь это характерно для западных производителей. В этих случаях эмулятор умеет пользоваться только одним символьным форматом. Дополнительно работа в интегрированной среде дает программисту: Возможность использования встроенного многофайлового текстового редактора, специально ориентированного на работу с исходными текстами программ; Диагностика выявленных при компиляции ошибок, и исходный текст программы, доступный редактированию, выводятся одновременно в многооконном режиме; Возможность организации и ведения параллельной работы над несколькими проектами. Менеджер проектов позволяет использовать любой проект в качестве шаблона для вновь создаваемого проекта. Опции используемых компиляторов и список исходных файлов проекта, устанавливаются в диалоговых меню и сохраняются в рамках проекта, устраняя необходимость работы с неудобными batch-файлами; Перекомпиляции подвергаются только редактировавшиеся модули; Возможность загрузки отлаживаемой программы в имеющиеся средства отладки, и работы с ними без выхода из оболочки; Возможность подключения к оболочке практически любых программных средств. Конечно, столь широкий набор функциональных возможностей в сочетании с дружественным интерфейсом и тем фактом, что функции интегрированных сред разработки становятся принадлежностью программных интерфейсов наиболее продвинутых эмуляторов и отладчиков-симуляторов, делает внутрисхемные эмуляторы наиболее мощным и универсальным средством отладки. 3.3. Программно- аппаратные средства диагностики МПС 3.3.1. Внутрисхемные эмуляторы. Внутрисхемный эмулятор – программно-аппаратное средство, способное замещать собой эмулируемый процессор в реальной схеме. Внутрисхемный эмулятор – это наиболее мощное и универсальное отладочное средство. Одним из наиболее распространенных на данный момент является внутрисхемный JTAG эмулятор, предназначенный для отладки и программирования микроконтроллеров различных фирм (Atmel, Intel, Texas Ins.), имеющих функцию отладки с использованием 4-хпроводного последовательного JTAG интерфейса, реализующего метод периферийного сканирования, то есть получения последовательности состояний выводов исследуемого устройства. В настоящее время предлагается две альтернативные реализации: так называемый улучшенный JTAG (EJTAG) от фирмы MIPS и интерфейс NEXUS (IEEE-ISTO 5001).Существуют также специализированные отладочные интерфейсы отдельных фирм, как, например, BDM фирмы Motorola, позволяющий считывать и записывать данные в отдельные ячейки памяти и регистры, читать и записывать данные в непрерывные блоки памяти, а также останавливать и возобновлять исполнение программы с указанного адреса (который может быть исходным или модифицированным значением регистра счетчика команд). Для отладки устройств типа 8051 и С166, которые не являются однокристальными и в которых порты 0 и 2 используются в качестве внешней шины, могут применяться системы ICE-Connect. Особенно они полезны для эмуляции систем с высокой степенью интеграции, где необходимо протестировать покрытие кода в окончательной версии программы и с окончательным составом технических средств. Функционально внутрисхемные эмуляторы делятся на стыкуемые с внешней вычислительной машиной (IBM PC), и функционирующие автономно. Автономные внутрисхемные эмуляторы имеют индивидуальные вычислительные ресурсы, средства ввода-вывода, не требуют для своей нормальной работы стыковки с какими-либо внешними вычислительными средствами, но за это пользователю приходится расплачиваться либо существенно более высокой ценой, либо пониженными функциональными и сервисными возможностями по сравнению с аналогичными моделями, стыкуемыми с IBM PC. Обычно, стыковка внутрисхемного эмулятора с отлаживаемой системой производится при помощи эмуляционного кабеля со специальной эмуляционной головкой. Эмуляционная головка вставляется вместо микроконтроллера в отлаживаемую систему. Если микроконтроллер невозможно удалить из отлаживаемой системы, то использование эмулятора возможно, только если этот микроконтроллер имеет отладочный режим, при котором все его выводы находятся в третьем состоянии. В этом случае для подключения эмулятора используют специальный адаптерклипсу, который подключается непосредственно к выводам эмулируемого микроконтроллера. Как минимум, эмулятор содержит следующие функциональные блоки: Отладчик; Узел эмуляции микроконтроллера; Эмуляционная память; Подсистема точек останова. Более продвинутые модели могут содержать дополнительно: Процессор точек останова; Трассировщик; Профилировщик (анализатор эффективности программного кода); Таймер реального времени; Программно-аппаратные средства, обеспечивающие возможность чтения и модификации ресурсов эмулируемого процессора “на лету”, т.е. в процессе выполнения программы пользователя в реальном времени; Программно-аппаратные средства, обеспечивающие синхронное управление, необходимое для эмуляции в мультипроцессорных системах; Интегрированную среду разработки. 3.3.2 Отладчик и эмуляционная память Отладчик является своеобразным мостом между разработчиком и отладочным средством. Состав и объем информации, проходящей через средства ввода-вывода, доступность ее для восприятия, контроля, и, при необходимости, для коррекции и модификации напрямую зависят от свойств и качества отладчика. Хороший отладчик позволяет осуществлять: Загрузку отлаживаемой программы в память системы; Вывод на монитор состояния и содержимого всех регистров и памяти, и при необходимости, их модификацию; Управление процессом эмуляции. Более мощные отладчики, обычно их называют высокоуровневыми (HighLevel Debuggers), помимо этого, позволяют: Вести символьную отладку, благодаря тому, что отладчик “знает” адреса всех символьных переменных, массивов и структур (за счет использования специальной информации, поставляемой компилятором). При этом пользователь может оперировать более приемлемыми для человека символьными именами, не утруждая себя запоминанием их адресов; Контролировать и анализировать не только дисассемблированный текст, но и исходный текст программы, написанной на языке высокого уровня, и даже с собственными комментариями. Такой отладчик позволяет пользователю одновременно контролировать ход выполнения программы и видеть соответствие между исходным текстом, образом программы в машинных кодах, и состоянием всех ресурсов эмулируемого микроконтроллера. Следует отметить, что высокоуровневый отладчик обеспечивает выполнение всех своих функций только в том случае, если используется кросс-компилятор, поставляющий полную и правильную отладочную информацию и при этом формат ее представления должен быть “знаком” отладчику. Наличие эмуляционной памяти дает возможность использовать ее в процессе отладки вместо ПЗУ в отлаживаемой системе, и более того, отлаживать программу без использования реальной системы или ее макета. При необходимости внесения изменений в отлаживаемую программу достаточно загрузить новую или модифицированную программу в память эмулятора, вместо того чтобы заниматься перепрограммированием ПЗУ. Существуют модели эмуляторов, которые позволяют пользователю “подставлять” вместо ПЗУ эмуляционную память не только целиком, но и поблочно (в некоторых моделях минимальный размер блока может достигать одного байта), в порядке, определенном пользователем. Для этого пользователю достаточно задать распределение памяти данных и памяти программ, в соответствии с которым процессор будет получать доступ и к содержимому ПЗУ в отлаживаемой системе, и к содержимому эмуляционной памяти внутрисхемного эмулятора. Такая память обычно называется памятью с возможностью мэппинга. 3.3.3. Трассировщик, процессор точек останова и профилировщик В сущности, трассировщик представляет собой логический анализатор, работающий синхронно с процессором и фиксирующий поток выполняемых инструкций и состояния выбранных внешних сигналов. Существуют модели внутрисхемных эмуляторов, которые позволяют трассировать не только внешние сигналы, но и состояния внутренних ресурсов микроконтроллера, например, регистров. Такие эмуляторы используют специальные версии микроконтроллеров (эмуляционные кристаллы). Процессор точек останова позволяет останавливать выполнение программы или выполнять иные действия, например, запускать или останавливать трассировщик при выполнении заданных пользователем условий. В отличие от механизма обычных точек останова, процессор точек останова позволяет формировать и отслеживать условия практически любой степени сложности, и при этом эмулируемый процесс не выводится из масштаба реального времени. Профилировщик (иначе анализатор эффективности программного кода) позволяет получить по результатам прогона отлаживаемой программы следующую информацию: Количество обращений к различным участкам программы; Время, затраченное на выполнение различных участков программы. Анализ статистической информации, поставляемой профилировщиком, позволяет легко выявлять “мертвые” или перенапряженные участки программ, и в результате оптимизировать структуру отлаживаемой программы. 3.3.4. Платы развития и эмуляторы ПЗУ Платы развития, или как принято их называть в зарубежной литературе оценочные платы (Evaluation Boards), являются своеобразными конструкторами для макетирования прикладных систем. В последнее время, при выпуске новой модели кристалла микроконтроллера, фирма-производитель обязательно выпускает и соответствующую плату развития. Обычно это печатная плата с установленным на ней микроконтроллером, плюс вся необходимая ему стандартная обвязка. На этой плате также устанавливают схемы связи с внешним компьютером. Как правило, там же имеется свободное поле для монтажа прикладных схем пользователя. Иногда имеется уже готовая разводка для установки дополнительных устройств, рекомендуемых фирмой, например, ПЗУ, ОЗУ, ЖКИ- дисплей, клавиатура, АЦП и др. Кроме учебных или макетных целей, такие доработанные пользователем платы стало выгодно (экономия времени) использовать в качестве одноплатных контроллеров, встраиваемых в мало серийную продукцию (5..20 шт.). Для большего удобства, платы развития комплектуются еще и простейшим средством отладки на базе монитора отладки. Однако, здесь проявились два разных подхода: один используется для микроконтроллеров, имеющих внешнюю шину, а второй - для микроконтроллеров, не имеющих внешней шины. В первом случае отладочный монитор поставляется фирмой в виде микросхемы ПЗУ, которая вставляется в специальную розетку на плате развития. Плата также имеет ОЗУ для программ пользователя и канал связи с внешним компьютером или терминалом. Примером здесь может служить плата развития фирмы Intel для микроконтроллера 8051. Во втором случае, плата развития имеет встроенные схемы программирования внутреннего ПЗУ микроконтроллера, которые управляются от внешнего компьютера. В этом случае, программа монитора просто заносится в ПЗУ микроконтроллера совместно с прикладными кодами пользователя. Прикладная программа при этом специально должна быть подготовлена: в нужные ее места вставляют вызовы отладочных подпрограмм монитора. Затем осуществляется пробный прогон. Чтобы внести в программу исправления, пользователю надо стереть ПЗУ и произвести повторную запись. Готовую прикладную программу получают из отлаженной путем удаления всех вызовов мониторных функций и самого монитора отладки. Примерами могут служить платы развития фирмы Microchip для своих PIC контроллеров. Такой же принцип и у плат для отладки микроконтроллеров 80С750 Philips или 89C2051 Atmel. Аппаратное и программное обеспечение целевых плат позволяет: Производить отладку программного обеспечения, в том числе и тестового, для разрабатываемого устройства до создания экспериментального образца c использованием различных режимов отладки (запуск, останов, установка точек останова, просмотр и изменение содержимого ячеек памяти и регистров, оценка времени, выполнения участков программы и т. п.); Плата позволяет вести отладку программ в реальном времени и на реальном кристалле; Вести отладку аппаратной части устройства на заранее подготовленных тестовых программах. Важно отметить, что, плюс к монитору, иногда платы развития комплектуются еще и программами отладки, которые запускаются на внешнем компьютере в связке с монитором. Эти программы в последнее время заметно усложнились и зачастую имеют высокопрофессиональный набор отладочных функций, например, отладчик-симулятор или различные элементы, присущие в чистом виде интегрированным средам разработки. В состав поставляемых комплектов могут входить и программыприкладного характера, наиболее часто встречающиеся на практике. Возможности по отладке, предоставляемые комплектом “плата развития плюс монитор”, безусловно, не столь универсальны, как возможности внутрисхемного эмулятора, да и некоторая часть ресурсов микропроцессора в процессе отладки отбирается для работы монитора. Тем не менее, наличие законченного набора готовых программно-аппаратных средств, позволяющих без потери времени приступить к монтажу и отладке прикладной системы, во многих случаях является решающим фактором. Особенно если учесть, что стоимость такого комплекта несколько меньше, чем стоимость более универсального эмулятора. Эмулятор ПЗУ - программно-аппаратное средство, позволяющее замещать ПЗУ на отлаживаемой плате, и подставляющее вместо него ОЗУ, в которое может быть загружена программа с компьютера через один из стандартных каналов связи. Это устройство позволяет пользователю избежать многократных циклов перепрограммирования ПЗУ. Эмулятор ПЗУ имеет смысл только для микроконтроллеров, которые в состоянии обращаться к внешней памяти программ. Это устройство сравнимо по сложности и по стоимости с платами развития. Оно имеет одно большое достоинство: универсальность. Эмулятор ПЗУ может работать с любыми типами микроконтроллеров. Ранние эмуляторы ПЗУ позволяли только загружать программу, запускать ее и останавливать, используя общий сброс. Затем появились усложненные модели с аппаратной выработкой сигналов трассировки по достижении определенного адреса на осциллограф. Эмулируемая память в таких изделиях была доступна для просмотра и модификации, но очень важный контроль за внутренними управляющими регистрами микроконтроллера был до недавнего времени невозможен. Однако появились модели интеллектуальных эмуляторов ПЗУ, которые позволяют “заглядывать” внутрь микроконтроллера на плате пользователя и вообще, по управлению отладкой, стали похожими на внутрисхемный эмулятор. Интеллектуальные эмуляторы ПЗУ представляют собой гибрид из обычного эмулятора ПЗУ, монитора отладки и схем быстрого переключения шины с одного на другой. Этим создается эффект, как если бы монитор отладки был установлен на плате пользователя и при этом он не занимает у микроконтроллера никаких аппаратных ресурсов, кроме небольшой зоны программных шагов, примерно 4К. 3.3.5. Логические и сигнатурные анализаторы. Логические анализаторы — контрольно-измерительные приборы, предназначенные для сбора данных о поведении дискретных систем, для обработки этих данных и представления их человеку на различных уровнях абстракции. Они работают независимо и незаметно для испытуемых дискретных систем и применяются для их отладки и диагностирования МПС на всех этапах жизненного цикла. В соответствии с сегодняшними требованиями можно разделить ЛА на несколько типов. Фирма Tektronix выделяет два основных типа: анализаторы микропроцессорных систем на программном уровне описания (embedded microprocessor software debug applications), называемые также анализаторами состояний (state analyzer) и анализаторы цифровых систем на логическом и временном уровне (hardware debug applications), называемые анализаторами временных соотношений (timing analyzer). Первый тип ЛА характеризуется отсутствием явной причинно-следственной связи между событием и вызванным им следствием. Причем событие и следствие намного разнесены по времени. Очень часто следствие, вызванное неисправностью, появляется много позже, чем неисправность. Поэтому основные требования для таких анализаторов — наличие разнообразных сложных механизмов запуска, позволяющих отследить причину и следствие, и большие объемы памяти, необходимые для этого. Основной задачей ЛА данного типа является фиксация логических состояний на шинах процессора с частотой, соответствующей частоте работы процессора. Целесообразнее использовать внешнюю синхронизацию процессора и синхронный режим, вследствие чего частота синхронизации будет, как правило, меньше, чем у второго типа ЛА. Для отладки микропроцессорных систем требуется не только зафиксировать логические состояния, передаваемые по одной магистрали, но и идентифицировать информацию, то есть определить, к какому типу она относится (данные, команды или управление). Для этого используют многофазную синхронизацию. Этот режим работы анализатора может быть реализован следующим образом. Входные каналы анализатора разбиваются на две или три группы. По одной группе каналов записывается адрес, по другой — данные, по третьей — команды и коды управления. Каждая группа каналов записывается по своему тактовому сигналу и в свои разряды буферного регистра. После прихода всех тактовых импульсов данные из буферного регистра подаются одновременно и в память, и на логический компаратор. Информация из памяти расшифровывается, коды команд переводятся в мнемонический код, соответствующий данному типу процессора, а данные и коды управления остаются без изменений. Эта операция называется дисассемблирование, после чего производятся визуализация и сохранение информации. Второй тип ЛА характеризуется тесной причинно-следственной связью и хронологической зависимостью между событием и следствием. Поэтому часто требуется срабатывание ЛА именно по причине, а не по следствию. Для данного типа характерен небольшой объем памяти, но анализ временных соотношений требует более высокой частоты опроса. В таких устройствах чаще всего используется асинхронный режим, позволяющий отследить временные сдвиги сигналов. Способы запуска таких анализаторов не отличаются большим разнообразием и часто ограничиваются запуском по какому-либо событию. Основные типы ЛА на примере анализаторов фирмы HP: 1. Настольный логический анализатор (benchtop logic analyser). Предназначен для решения комплексных задач программно-аппаратной отладки микропроцессорных систем. Сочетает в себе все необходимые возможности для решения конкретной задачи. Прибор может включать различные опции, например, аналоговый вход, большой объем памяти, осциллограф, генератор логических состояний. 2.Модульная система логического анализа (modular logic analysis system). Предоставляются наборы измерительных средств для различных задач тестирования цифровых систем, например, модули анализа временных соотношений и анализа состояний (state and timing analysis modules), модули цифрового осциллографа (digitizing oscilloscope modules), генератор логических состояний (pattern generator module), программные анализаторы реального времени (real-time software analyzers). Модульная система представляет собой более мощное средство логического анализа, чем настольный логический анализатор. Она включает основной блок (mainframe) и набор модулей. При помощи добавления различных модулей можно как наращивать число каналов системы, так и расширять ее функциональные возможности. 3. Анализатор прототипов (prototype analyser). Используется для обработки и визуализации сигналов, собранных при помощи модульной системы логического анализа. Пользователю предоставляется удобный оконный интерфейс, позволяющий в различных окнах разместить такие представления сигналов, как временные диаграммы, листинг кода, гистограммы и т.д. С помощью маркеров обеспечивается привязка сигналов во времени для всех окон. Поиск неисправности в МПС с помощью логического анализатора сопряжен, как правило, со значительными трудностями, прежде всего, это требование высокой квалификации оператора и необходимость знания им принципов работы МПС. Кроме того, для каждой конкретной неисправности необходимо заново разрабатывать процедуру испытаний, настраивать прибор и исследуемую систему на новый режим работы, который, по мнению оператора, позволит обнаружить и локализовать неисправность. Но даже при выполнении этих двух условий локализовать неисправность с точностью до компонента схемы часто не удается. Поэтому логический анализатор, который является незаменимым прибором на этапе проектирования и отладки ЧПС, малопригоден для производственных испытаний и эксплуатационного обслуживания. Это и стало причиной писков нового метода испытаний МПС, который, не требуя высокой квалификации персонала, позволял бы быстро и точно отыскивать вышедший из строя компонент МПС с помощью недорогого и компактного оборудования. Таким методом стал сигнатурный анализ (СА). Сигнатурный анализ основан на преобразовании длинных последовательностей двоичных сигналов в двоичное число, называемое сигнатурой. Измеряемые двоичные последовательности возбуждаются в контрольных точках МПС под действием специальной тестовой программы. Сигнатуры контрольных точек измеряются на заведомо работоспособной системе и указываются на принципиальной схеме МПС подобно тому, как на схемах аналоговых устройств указываются осциллограммы и некоторые параметры аналоговых сигналов. При поиске неисправности в МПС оператору достаточно установить режим исполнения тестовой программы, и за тем, прослеживая сигнатуры в контрольных точках схемы от выходов к входам, найти элемент, у которого входные сигнатуры верны, а выходная нет. Недостатком можно выделить тот факт, что СА регистрирует только те события, которые синхронны с сигналом синхронизации, используемым для получения сигнатур от узлов системы. Кроме всего прочего, для СА очень важна хорошая документация, так как любые модификации в системе влекут за собой необходимость повторного получения всех сигнатур. Возникают также проблемы в системах с шинной структурой, вследствие распространения отказа по всей петле, вызывая получение кажущихся плохих сигнатур в тех местах, где отказ отсутствует. Усовершенствованной формой СА явился трассовый анализ, который локализует отказ в окне пуска-останова. 3.3.6 Комплексы диагностирования Комплексы диагностирования объединяют возможности логических анализаторов и генераторов слов (приборы, предназначенные для формирования и подачи входных воздействий): способны подавать входные воздействия на диагностируемую систему, собирать и анализировать ответные реакции системы. КД используют главным образом при проектировании как микропроцессорных, так и других дискретных систем, а также для проверки работоспособного состояния и диагностики неисправностей систем при их производстве и эксплуатации. К объекту диагностирования комплекс подключается с помощью выносных зондов, у каждого канала которых три состояния. Управление комплексом может осуществляться через интефейс IEEE488. Небольшие проекты можно, по всей видимости, разрабатывать только с помощью симулятора и ПЗУ-монитора, прибегая к помощи эмуляторов лишь в крайних случаях при решении сложных проблем. И в самом деле, в состав многих моделирующих пакетов сейчас входят версии симуляторов на базе мониторов. В проектах, где характеристики реального времени не являются главными, возможностей отладчика, входящего в состав симулятора, может быть вполне достаточно. Для более крупных проектов или проектов с жесткими требованиями реального времени лучшим вариантом, вероятно, будет отладчик их набора средств эмулятора. 4. Практические навыки диагностирования 4.1. Применение тестера POST Card PCI из набора МАСТЕР КИТ NM9221 для диагностики ПК Внезапно возникшая неисправность вашего персонального компьютера способна внести в размеренный и запланированный ритм жизни отрицательные эмоции, вызвать потерю важных данных, нарушить перспективные переговоры и даже аппетит. Да мало ли чего может случиться с пользователем, когда ваш друг— компьютер начнет бастовать, да еще таким образом (а именно так часто и бывает), что причину его паясничания вам понять будет трудно. Нетрудно вообразить, если вы готовите дипломную работу, ответственный проект или, скажем, пишете книгу. Не позавидуешь… Что делать, надо срочно что-то предпринять. И, первым делом, по опыту или по советам друзей, начинаете менять в своем «компе» все, что стоит в панельках или слотах— от ОЗУ и батарейки СMOS до кулера вместе с процессором. Именно так для неискушенного читателя, радиолюбителя, специалиста выглядел ремонт компьютера до последнего времени— как «лихорадочная перестановка» памяти ОЗУ, процессора, карт расширения, блока питания, и в довершение всего— материнской платы. И если в крупных фирмах имеется большой запас исправных комплектующих, то для мелких фирм и частных пользователей ремонт ПК путем установки заведомо исправных компонентов превращается в сложную проблему. Тратятся время и нервы, деньги на покупку новых комплектующих и на оплату услуг более «продвинутых» специалистов «по железу». Однако, этот «слепой метод тыка» теперь заменяет устройство POST Card PCI для тестирования ПК. Предлагаемая для сборки POST Card для шины PCI— это плата расширения, вставляемая (при выключенном питании) в любой свободный PCI слот (33 МГц) и имеющая два семи сегментных индикатора для отображения POST кодов. Главным достоинством POST Card является то, что она не требует для своей работы монитор. Тестирование компьютера при помощи POST Card возможно на ранних этапах процедуры POST, когда еще не доступна звуковая диагностика, да и на стадии звуковой диагностики POST коды значительно удобнее для восприятия, чем подсчет длительности и числа гудков компьютера. Это простое, надежное устройство найдет широкое применение в любых электронных системах, работающих на основе компьютеров типа IBM PC (или совместимых с ними). Устройство для ремонта и тестирования компьютеров (далее— ПК) POST Card PCI применяется для диагностики неисправностей при ремонте и модернизации компьютеров, а также периферийных систем. POST Card PCI представляет собой плату расширения ПК, которая может быть установлена в любой свободный PCI слот (33 МГц) и предназначена для отображения POST кодов, генерируемых системой BIOS ПК, в удобном для пользователя виде. Благодаря применению ПЛИС (Программируемая логическая интегральная схема) фирмы Altera стало возможным создание простого и доступного для повторения устройства радиолюбителями со средней квалификацией. Кроме того, устройство можно использовать как тестер микросхем. Для этого в наборе предусмотрена 44-выводная панель для микросхемы. Экономичность устройства (ток потребления не превышает 200 мА) позволяет осуществлять его питание от блока питания ПК, что обеспечивает длительную и стабильную эксплуатацию устройства. Простота сборки и наглядность результата доставит удовольствие Вам и поможет привить Вашим детям захватывающий интерес к радиотехнике и персональным компьютерам. 4.1.2.Технические характеристики устройства Напряжение питания, В +5 Ток потребления, мА <200 Частота обращения шины PC, MГц 33 Адрес диагностического порта 0080h Индикация POST кодов в шестнадцатеричном виде, 1 байт Индикация сигналов PSI шины: RST (левая точка), СLK (правая точка индикатора) Индикаторы наличия напряжения источника питания, В +5, +12, – 12, +3,3 Совместимость с материнскими платами на чипсетах Intel, VIA, SIS Размер печатной платы, мм 112Ч90 Рис. 1. Внешний вид устройства Основой POST Card PCI является ПЛИС DD1, на которой реализовано упрощенное PCI Target устройство, поддерживающее запись в порт вывода и автоматическое конфигурирование PnP, достаточные для функционирования устройства. ПЛИС Altera EPM3064ALC44-10 входит в набор и запрограммирована компанией МАСТЕР КИТ специально для работы в POST Card PCI. На микросхеме DD2 собран стабилизатор напряжения +3,3 В для питания ПЛИС. Вывод информации из ПЛИС производится в последовательном виде и данная информация фиксируется в регистрах DD4, DD5. Выходы регистров DD4 и DD5 через ограничительные резисторы подключены к сдвоенному семи- сегментному индикатору HL1, на котором отображаются POST коды. Для того, чтобы процесс индикации POST кодов не нарушался в случае срыва генерации PCI CLK на неисправной материнской плате, в состав POST Card PCI включен отдельный генератор на микросхеме DD3. Светодиоды, включенные через ограничительные ток резисторы, индицируют наличие напряжений источника питания +3,3 В, +5 В, +12 В, – 12 В на PCI шине. 4.1.3. Принцип работы При каждом включении питания ПК, совместимого с IBM PC, и до начала загрузки операционной системы процессор компьютера выполняет процедуру BIOS под названием «Самотест по включению питания»— POST (Power On Self Test). Эта же процедура выполняется также при нажатии на кнопку RESET или при программной перезагрузке компьютера. В некоторых особых случаях с целью сокращения времени загрузки ПК процедура POST может быть несколько урезана по времени, например, в режиме «Quick Boot» или при выходе из режима «сна» Hibernate. Основной целью процедуры POST является проверка базовых функций и подсистем ПК (таких как память, процессор, материнская плата, видеоконтроллер, клавиатура, гибкий и жесткий диски) перед загрузкой операционной системы. Это застраховывает пользователя от попытки работать на неисправной системе, что могло бы привести, например, к разрушению пользовательских данных на HDD. Перед началом каждого из тестов процедура POST генерирует POST код, который выводится по определенному адресу в пространстве адресов устройств ввода/вывода ПК. В случае обнаружения неисправности в тестируемом устройстве процедура POST просто «зависает», а предварительно выведенный POST код однозначно определяет, на каком из тестов произошло «зависание». Таким образом, глубина и точность диагностики при помощи POST кодов полностью определяется глубиной и точностью тестов соответствующей процедуры POST системы BIOS компьютера. 4.1.4. Прохождение тестов При прохождении каждого из тестов POST генерирует POST-код, который записывается в специальный диагностический регистр. Информация, содержащаяся в диагностическом регистре, становится доступной для наблюдения при установке в свободный слот компьютера диагностической платы POST Card и отображается на семи сегментном индикаторе в виде двух шестнадцатиричных цифр. Адрес диагностического регистра зависит от типа компьютера, в более старых версиях это: ISA, EISA— 80h, ISA-Compaq— 84h, ISA-PS/2— 90h, MCA-PS/2— 680h, 80h, некоторые EISA— 300h. Ноутбуки могут выдавать POST коды через LPT или USB порт. При изготовлении устройства необходимо обратить внимание на правильную установку панельки PLCC44 под ПЛИС DD1 по ключу, а также во время пайки не допускать затекания флюса внутрь панельки. Для настройки POST Card и первого включения следует по возможности использовать старую исправную материнскую плату с шиной PCI. Первое включение POST Card производится без установленной в панельку ПЛИС DD1, при этом следует проверить напряжение питания ПЛИС (35, 15, 3, 23 ножки DD1), выдаваемое стабилизатором DD2 — оно должно быть около +3,3 В, а также необходимо убедиться в наличии стабильных импульсов прямоугольной формы на частотах около 100— 200 кГц на 6 и 10 ножках ИС DD3. Прежде всего, необходимо определить фирму-производителя BIOS материнской платы. Это можно сделать либо по наклейке на микросхеме BIOS, либо по надписям, которые выводятся на экран аналогичной исправной материнской платой. В России и СНГ наиболее распространенными являются BIOS фирм AMI и AWARD. С приобретением некоторого опыта уже по первым POST кодам можно с уверенностью назвать производителя BIOS. Компьютер, с установленной POST Card, без ПЛИС должен нормально загружаться, что говорит об отсутствии дефектов монтажа. Если эти предварительные проверки прошли успешно, то можно установить ПЛИС в панельку, подключить к разъему X1 JTAG кабель ByteBlasterMV, подать на POST Card питание +5 В. Этого вполне достаточно, чтобы проверить, стартует ли материнская плата вообще, а также проверить исправность памяти компьютера. Таблицы POST кодов различны для различных производителей BIOS и, в связи с появлением новых тестируемых устройств и чипсетов, отличаются даже для различных версий одного и того же производителя BIOS. Таблицы POST кодов можно найти на соответствующих сайтах производителей BIOS: для AMI это http://www.ami.com , для AWARD— http://www.award.com, таблицы POST кодов приводятся также в руководствах к некоторым материнским платам. Исторически сложилось, что значения POST кодов в соответствующих таблицах производителей BIOSов даются в виде шестнадцатиричных чисел в диапазоне 00h— FFh (0— 255 в десятичной системе счисления), поэтому для удобства использования таких таблиц необходимо обеспечить отображение POST кодов в шестнадцатеричном виде. Но для того, чтобы полностью удовлетворить читателя, и не затруднять его поиском на сайтах с многоступенчатой навигацией, автор приводит ниже таблицы некоторых кодов ошибок, по которым можно сделать вывод о той или иной неисправности. В табл. 1 приведены некоторые коды AMI BIOS, отражающие наиболее часто встречающиеся неисправности ПК. 4.1.5. Некоторые коды неисправностей BIOS DE - Ошибка конфигурации системной памяти. Фатальная ошибка DF - Ошибка конфигурации системной памяти. Звуковой сигнал 10 - Ранняя инициализация контроллера клавиатуры 2B - Инициализации VGA BIOS, проверка его контрольной суммы 2F - Тест видеопамяти адаптера CGA 30 - Тест схем формирования разверток адаптера CGA 31 - Ошибка видеопамяти или схем формирования разверток. Поиск альтернативного видеоадаптера 42 - Отключение IRQ12 если PS/2 mouse отсутствует. 4E - Индикация сообщений об ошибках C1 - Определение типа памяти, суммарного объем и размещение по строкам A2 - Сообщений об ошибках на предыдущих этапах инициализации Кроме выше указанных POST кодов, в диагностический порт выводятся сообщения о событиях в процессе выполнения Device Initialization Manager (DIM). Существует несколько контрольных точек, в которых отображается состояние инициализации системных или локальных шин. DE, DF Ошибка конфигурации системной памяти В случае если обнаружена ошибка конфигурации системной памяти, в порт 80h выводится последовательно в бесконечном цикле код DE, код DF, код ошибки конфигурации, который может принимать следующие значения: 00 Оперативная память не обнаружена 01 Установлены модули DIMM различных типов (пример, EDO и SDRAM) 02 Чтение содержимого SPD закончилась неудачей 03 Модуль не соответствует требованиям для работы на заданной частоте 04 Модуль не может быть использован в данной системе 05 Информация в SPD не позволяет использовать установленные модули 06 Обнаружена ошибка в младшей странице памяти 4.1.6. Практический поиск неисправностей с использованием POST Card Прежде всего, при включении питания перед началом работы процедуры POST должен произойти сброс системы сигналом RST (RESET), что индицируется на POST Card кратковременным зажиганием левой точки на индикаторе. Рассмотрим несколько наиболее популярных вводных неисправностей ПК и способы их локализации. Вводная При неисправности компьютера в самом сложном случае сброс либо совсем не проходит, либо проходит, но никакие POST коды на индикаторе не отображаются. Рекомендации Рекомендуется немедленно выключить компьютер, вытащить все дополнительные платы и кабеля, а также память ОЗУ из слотов материнской платы, оставив подключенной к блоку питания только собственно материнскую плату с установленными процессором и POST Card.. Если при последующем включении компьютера нормально проходит сброс системы и появляются первые POST коды, то, очевидно, проблема заключается во временно извлеченных компонентах компьютера; возможно также, в неправильно подключенных шлейфах. Вставляя последовательно память, видеоадаптер, а затем и другие карты, и наблюдая за POST кодами на индикаторе, обнаруживают неисправный модуль. Вводная Не проходит даже начальный сброс системы (на индикаторе POST Card в самом начале теста кратковременно не загорается левая точка индикатора). Рекомендации В этом случае либо неисправен блок питания компьютера, либо сама материнская плата (неисправны цепи формирования сигнала RESET). Точную причину можно установить, подсоединив к материнской плате заведомо исправный блок питания. Вводная Сигнал сброса проходит, но никакие POST коды на индикатор не выводятся; при этом, как было описано ранее, тестируется система, состоящая только из материнской платы, процессора, POST Card и блока питания. Рекомендации Если материнская плата (заведомо) совершенно новая, то причина может быть заключена в неправильно установленных джамперах материнской платы. Если все джамперы и процессор установлены правильно, а материнская плата все же не запускается, следует заменить процессор заведомо исправным. Если же это не помогает, то можно сделать вывод о неисправности материнской платы либо ее компонентов (например, причиной неисправности может являться повреждение информация в FLASH BIOS). 4.1.7. Варианты неисправности ПК, определяемые с помощью POST Card После включения питания компьютера (или нажатия на кнопку RESET) и до появления первого POST кода на индикатор POST Card выводится специальный символ (см. рис 3), который свидетельствует об отсутствии вывода ПК какихлибо POST кодов. Эта особенность работы данной POST Card облегчает диагностику и позволяет наглядно определить, стартует ли компьютер вообще. Кроме того, этот же символ выводится при программном сбросе PCI шины для фиксации прохождения короткого сигнала RST (RESET). Точки семи сегментного индикатора POST Card отображают состояния сигналов RST и CLK шины PCI. Зажигание правой точки соответствует наличию активного сигнала синхронизации CLK шины PCI, зажигание левой точки— наличию активного сигнала RST шины PCI. При исправном компьютере при включении питания вначале должен произойти сброс системы сигналом RESET ( что индицируется на POST Card специальными символами), затем— запуск компьютера с последовательным прохождением всех POST кодов. При неисправности компьютера в самом сложном случае сброс либо совсем не проходит, либо проходит, но никакие другие POST коды на индикаторе не отображаются. Рис. 3. После включения питания компьютера (или нажатия на кнопку RESET) и до появления первого POST кода на индикатор POST Card выводится специальный символ, который свидетельствует об отсутствии вывода ПК какихлибо POST кодов Рис. 4. Код, отражающий ошибку видеопамяти (во время тестирования карта видеопамяти была извлечена из системного блока) Рис. 5. Код, отражающий ошибку мышки (при тестировании мышка была отключена) Рис. 6. Код, отражающий ошибку оперативной памяти (при тестировании модуль памяти был удален из материнской платы) В этом случае рекомендуется немедленно выключить компьютер, и вытащить все дополнительные платы и кабели, а также память из материнской платы, оставив подключенной к блоку питания только материнскую плату с установленными процессором и платой POST Card. Если при последующем включении компьютера нормально проходит сброс системы, и появляются первые POST коды, то, очевидно, проблема заключается во временно извлеченных компонентах компьютера; возможно также, в неправильно подключенных шлейфах (особенно часто вставляют «вверх ногами» шлейф IDE). Вставляя последовательно память, видеокарту (видеоадаптер), а затем и другие карты, и наблюдая за POST кодами на индикаторе, обнаруживают неисправный модуль. Например, при неисправной памяти для компьютеров с AMI BIOS последовательность POST кодов обычно останавливается на коде d4 ( для старых плат 386/486— на коде 13 ); с AWARD BIOS — на кодах C1 или С6. Бывает, что при этом неисправна не сама память, а, например, материнская плата— причина заключается в плохом контакте в разъемах SIMM/DIMM (согнуты/замкнуты между собой контакты), либо плохо, не до конца вставлена сама память в разъеме. При неисправном видеоадаптере для компьютеров с AMI BIOS последовательность POST кодов останавливается на кодах 2C, 40 или 2A в зависимости от модификации BIOS, либо проскакивает эти коды без появления на мониторе соответствующих строк инициализации видеокарты (с указанием типа, объема памяти и фирмы-производителя видеоадаптера). Аналогично, для компьютеров с AWARD BIOS при неисправности видеоадаптера последовательность POST кодов либо останавливается на коде 0d, либо проскакивает этот код. Если инициализация памяти и видеоадаптера прошла нормально, то, устанавливая по одной остальные карты и подключая шлейфы, на основании показаний индикатора POST Card определяют, какой из компонентов подсаживает системную шину, и не дает загрузится компьютеру. 4.1.3. Конструкция устройства Конструктивно POST Card PCI выполнен на двусторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита с размерами 112Ч90 мм. В целях улучшения электропроводности контактов устройства, ламели покрыты никелем. При использовании прибора в качестве тестера печатная плата должна монтироваться в корпус таким образом, чтобы панель для микросхемы оставалась доступной. Это следует производить при отключенном напряжении питания, уделяя особое внимание правильной установке в панель тестируемого ПК (первый вывод IC1 должен строго соответствовать первому выводу панели). Микросхема при работе устройства может незначительно нагреваться до +30…+40°С. При первом включении ПЛИС в панельку не устанавливают. После первого включения без ПЛИС следует проверить напряжение питания, выдаваемое стабилизатором DD2— оно должно быть примерно +3,3 В, а также необходимо убедиться в наличии стабильных импульсов прямоугольной формы с частотой 100— 200 кГц на 6 и 10 ножках (выводах) микросхемы DD3. Компьютер с установленной POST Card без ПЛИС должен нормально загружаться, что говорит об отсутствии дефектов монтажа (в особенности перемычек из припоя в районе панельки под ПЛИС). Если эти предварительные проверки прошли успешно, то можно устанавливать ПЛИС (при отключенном питании) и проверять POST Card в работе. Последовательность действий по реанимации ПК с помощью устройства тестирования POST Card PCI Выключите питание неисправного компьютера. Установите POST Card в любой свободный слот материнской платы. Включите питание ПК и считывайте с индикатора POST Card соответствующий POST код, на котором прерывается («зависает») загрузка компьютера. По таблицам POST кодов при необходимости (см руководство к материнской плате и ссылки на сайты выше) определите, на каком из тестов возникли проблемы и их вероятные причины. При выключенном питании перестановите шлейфы, модули памяти ОЗУ и другие компоненты, имеющие разъемы, с целью устранить неисправность. Повторите пункты 3,4,5, для устойчивого прохождения процедуры POST и нормальной загрузки операционной системы. При помощи программных утилит осуществите окончательное тестирование аппаратных компонентов, а в случае плавающих (нестабильных раз от раза) ошибок— осуществляем длительный прогон соответствующих программных тестов. При ремонте ПК без использования POST Сard пункты 2— 4 этой последовательности опускают и тогда ремонт компьютера выглядит как «лихорадочная перестановка» памяти ОЗУ, процессора, карт расширения, блока питания, и в довершение всего— материнской платы. Среди зарубежных промышленных производителей POST Card отметились следующие фирмы: 1. Ultra-X, Inc. Одна из старейших фирм с большим спектром высококачественных аппаратных и программных продуктов для профессиональных сборщиков/ремонтников компьютеров. Простейшие POST Card для шин ISA— QuickPOST PC и PCI— QuickPOST PCI, для LPT порта нотебуков MICRO POST, так и профессиональные PHD 16 для шины ISA и PHD PCI для шины PCI соответственно. 2. Micro2000, Inc — интересна оригинальная разработка POST-Probe PCI этой фирмы. На двух соседних сторонах POST-Probe PCI под углом 90° расположены разъемы для шин PCI и ISA. Эту POST Card можно использовать для шин PCI и ISA по своему усмотрению— просто повернув ее перед включением. В комплект поставки входит также дополнительный адаптерпереходник для экзотической у нас шины MicroChannel 3. DataDepot Inc — выпускающая как простейшие POST Card MiniPOST, так и более сложные— PocketPOST. 4.2. Поиск неисправностей в системном блоке PC при помощи русифицированного компьютерного тестера Компьютерный тестер BM9222 МАСТЕР КИТ, внешний вид которого привед на рис. 1, применяется для диагностики неисправностей персональных компьютеров типа IBM PC или совместимых с ним [1]. Рисунок 1. Внешний вид компьютерного тестера BM9222 МАСТЕР КИТ Компьютерный тестер представляет собой плату расширения компьютера, которая устанавливается в любой свободный PCI слот (33 МГц) материнской платы, и предназначена для отображения POST кодов ошибок, генерируемых BIOS'ом компьютера, в удобном для пользователя виде. 4.2.1.Технические характеристики Индикация POST кодов: на ЖК-дисплее в две строки по 16 символов (первая строка – POST-код в шестнадцатеричном виде и через тире - тип БИОСа, вторая строка – описание ошибки в виде бегущей строки). Индикация сигналов PCI шины: светодиоды на лицевой стороне платы - RST (сигнал сброса PCI) и CLK (тактовый сигнал PCI). Индикаторы наличия напряжений питания PCI шины: +5 В, +12 В, -12 В, +3,3 В. Совместимость с материнскими платами на чип-сетах: Intel, VIA, SIS. Размер печатной платы: 95.5 x 73.6 мм. 4.2.2. Проверка системного блока РС тестером Post Card PCI 1. Тестирование процессора. 2. Проверка контрольной суммы ROM BIOS. 3. Проверка и инициализация контроллеров DMA, IRQ и таймера 8254. После этой стадии становится доступной звуковая диагностика. 4. Проверка операций регенерации памяти. 5. Тестирование первых 64 КБ памяти. 6. Загрузка векторов прерываний. 7. Инициализация видеоконтроллера. После этого этапа диагностические сообщения выводятся на экран. 8. Тестирование полного объема ОЗУ. 9. Тестирование клавиатуры. 10. Тестирование CMOS памяти. 11. Инициализация COM и LPT портов. 12. Инициализация и тест контроллера FDD. 13. Инициализация и тест контроллера HDD. 14. Поиск дополнительных модулей ROM BIOS и их инициализация. 15. Вызов загрузчика операционной системы (INT 19h, Bootstrap), при невозможности загрузки операционной системы— попытка запуска ROM BASIC (INT 18h); при неудаче— останов системы (HALT). 4.2.4. Прохождение тестов При прохождении каждого из тестов POST генерирует POST-код, который записывается в специальный диагностический регистр. Информация, содержащаяся в диагностическом регистре, становится доступной для наблюдения при установке в свободный слот компьютера диагностической платы POST Card и отображается на семисегментном индикаторе в виде двух шестнадцатиричных цифр. Адрес диагностического регистра зависит от типа компьютера, в более старых версиях это: ISA, EISA— 80h, ISA-Compaq— 84h, ISA-PS/2— 90h, MCA-PS/2— 680h, 80h, некоторые EISA— 300h. Прежде всего, необходимо определить фирму-производителя BIOS материнской платы. Это можно сделать либо по наклейке на микросхеме BIOS, либо по надписям, которые выводятся на экран аналогичной исправной материнской платой. В России и СНГ наиболее распространенными являются BIOS фирм AMI и AWARD. С приобретением некоторого опыта уже по первым POST кодам можно с уверенностью назвать производителя BIOS. Таблицы POST кодов различны для различных производителей BIOS и, в связи с появлением новых тестируемых устройств и чипсетов, отличаются даже для различных версий одного и того же производителя BIOS. Исторически сложилось, что значения POST кодов в соответствующих таблицах производителей BIOSов даются в виде шестнадцатиричных чисел в диапазоне 00h— FFh (0— 255 в десятичной системе счисления), поэтому для удобства использования таких таблиц необходимо обеспечить отображение POST кодов в шестнадцатеричном виде. Но для того, чтобы полностью удовлетворить читателя и не затруднять его поиском на англоязычных сайтах с многоступенчатой навигацией, автор приводит ниже таблицы кодов ошибок, по которым можно сделать вывод о той или иной неисправности. 4.2.5. Коды неисправности Приводим список кодов для определения неисправностей [2]. Award Software International, Inc. AwardBIOS V4.51PG Elite Динамично развивающаяся компания Award Software в 1995 году предложила новое на то время решение в области низкоуровневого программного обеспечения AwardBIOS "Elite", более известное как V4.50PG. Режим обслуживания контрольных точек не изменился ни в широко распространенной версии V4.51, ни в раритетном исполнении V4.60. Суффиксы P и G обозначают соответственно поддержку механизма PnP и обслуживание функций энергосбережения (Green Function). Выполнение стартовых процедур POST из ROM C0 Запрет External Cache. Запрет Internal Cache. Запрет Shadow RAM. Программирование контроллера DMA, контроллера прерываний, таймера, блока RTC C1 Определение типа памяти, суммарного объем и размещение по строкам C3 Проверка первых 256К DRAM для организации Temporary Area. Распаковка BIOS в Temporary Area C5 Выполняемый код POST переносится в Shadow C6 Определение присутствия, объема и типа External Cache C8 Проверка целостности программ и таблиц BIOS CF Определение типа процессора Выполнение POST в Shadow RAM 03 Запрет NMI, PIE (Periodic Interrupt Enable), AIE (Alarm Interrupt Enable), UIE (Update Interrupt Enable). Запрет генерации программируемой частоты SQWV 04 Проверка формирования запросов на регенерацию DRAM 05 Проверка и инициализация контроллера клавиатуры 06 Тест области памяти, начинающейся с адреса F000h, где размещен BIOS 07 Проверка функционирования CMOS и батарейного питания BE Программирование конфигурационных регистров Южного и Северного Мостов 09 Инициализация кэш-памяти L2 и регистров расширенного управления кэшированием процессора Cyrix 0A Генерация таблицы векторов прерываний. Настройка ресурсов Power Management и установка вектора SMI 0B Проверка контрольной суммы CMOS. Сканирование шины PCI устройств. Обновление микрокода процессора 0С Инициализация контроллера клавиатуры 0D Поиск и инициализация видеоадаптера. Настройка IOAPIC. Измерения тактовой частоты, установка FSB 0E Инициализация MPC. Тест видеопамяти. Вывод на экран Award Logo 0F Проверка первого контроллера DMA 8237. Определение клавиатуры и ее внутренний тест. Проверка контрольной суммы BIOS 10 Проверка второго контроллера DMA 8237 11 Проверка страничных регистров контроллеров DMA 14 Тест канала 2 системного таймера 15 Тест регистра маскирования запросов 1-го контроллера прерываний 16 Тест регистра маскирования запросов 2-го контроллера прерываний 19 Проверка пассивности запроса немаскируемого прерывания NMI 30 Определение объема Base Memory и Extended Memory. Настройка APIC. Программное управление режимом Write Allocation Подготовка таблиц, массивов и структур для старта операционной системы 31 Основной отображаемый на экране тест оперативной памяти. Инициализация USB 32 Выводится заставка Plug and Play BIOS Extension. Настройка ресурсов Super I/O. Программируется Onboard Audio Device 39 Программирование тактового генератора по шине I2C 3C Установка программного флага разрешения входа в Setup 3D Инициализация PS/2 mouse 3E Инициализации контроллера External Cache и разрешения Cache BF Настройка конфигурационных регистров чип сета 41 Инициализация подсистемы гибких дисков 42 Отключение IRQ12 если PS/2 mouse отсутствует. Выполняется программный сброс контроллера жестких дисков. Сканирование других IDE устройств 43 Инициализация последовательных и параллельных портов 45 Инициализация сопроцессора FPU 4E Индикация сообщений об ошибках 4F Запрос пароля 50 Восстановление ранее сохраненного в ОЗУ состояния CMOS 51 Разрешение 32 битного доступа к HDD. Настройка ресурсов ISA/PnP 52 Инициализация дополнительных BIOS. Установка значений конфигурационных регистров PIIX. Формирование NMI и SMI 53 Установка счетчика DOS Time в соответствии с Real Time Clock 60 Установка антивирусной защиты BOOT Sector 61 Завершающие действия по инициализации чип сет 62 Чтение идентификатора клавиатуры. Установка ее параметров 63 Коррекция блоков ESCD, DMI. Очистка ОЗУ FF Передача управления загрузчику. BIOS выполняет команду INT 19h Рассмотрим процедуру тестирования системного блока персонального компьютера. Установим тестер BM9222 в свободный PCI слот материнской платы. Включим питание. BIOS - программа загрузки компьютера, хранящаяся в ПЗУ материнской платы, производит последовательный опрос всех включенных в системный блок устройств (процессор, модули памяти, винчестер, видеокарта, контроллеры, оптический привод, внешняя периферия: клавиатура мышь и т.д.), рис. 2. Рисунок 2. BIOS компьютера проверяет периферию компьютера на ошибки Если все периферийные устройства системного блока исправны, то после окончания загрузки на экране тестера загорится следующая надпись, см. рис. 3. Рисунок 3. Компьютерный тестер показывает, что всё исправно Рисунок 4. Модуль оперативной памяти SDRAM После подачи питания и загрузки компьютера на экране тестера появляется код ошибки оперативной памяти (см. рис. 5). «Введем неисправность» в системный блок. Выключим питание и удалим из системного блока модуль памяти (рис. 4). Рисунок 5. Код ошибки оперативной памяти Тестер точно определил, что память в системном блоке «неисправна». После выключения питания и возвращения модуля памяти на свое место тестер показал исправность персонального компьютера. Аналогично можно определить коды ошибок других периферийных устройств и быстро устранить неисправность, заменив неисправный блок на исправный. Библиографический список 1. Микро-ЭВМ/Под ред. А. Дирксена. — М.: Энергоиздат, 1982. 2. SiewiorekD.P. and LaiL. К-Testing of digital system Proceedings of the IEEE,1981,.vol,69, № 10. 3. Northcutt I. D. The design and implementation of fault insertion capabilities for ISPL — Proceeding 17th IEEE annu design automation conf, 1980. 4. Шива С. Языки описания аппаратуры: Методологический обзор — ТИИЭР, 1979, т. 67, № 12. 5. Monachino M. Design verification system for large scale LSIdesions — IBM J.Res. and Develoo, 1982, vol, 26, № 1. 6. Авиженис А. Отказоустойчивость — свойство, обеспечивающее постоянную работоспособность цифровых систем. — ТИИЭР, 1978, т. 66, № 10. 7. Хауз Ч. Особенности проектирования и испытания информационных систем. — Электроника, 1975, т. 48, № 9. 8. Фарли Б. Логические анализаторы или системы проектирования? — Электроника, 1979, т. 52, № 19. 9. Липаев В. В. Надежность программного обеспечения АСУ. — М.: Энергоиздат, 1981. 10.Мс. Сапп I, and Findlay D. Microprocessor product design: the roll of the development system. The Radio and Electronie Engineers, 1982, vol. 52, № 2: 11.Dolch V. Looikanalyse— Geratetechnik und Anwendungen — Elektronik, 1978, vol 27, № 3. 12.Логические анализаторы — новое средство метрологического обеспечения производства и эксплуатации современной цифровой РЭА. — Радиоэлектроника за рубежом, 1982, вып. 20. 13.Маршалл М. Возможности новейших анализаторов временных последовательностей. — Электроника, 1979, т. 52, № 7. 14.Фарнбах В. Поиск неисправностей в цифровых схемах с помощью логических анализаторов. — Электроника, 1975, т. 48, № 10. 15.Каталог фирмы «Hewlett—Packard», США, 1981. 16.Гош Д. Генератор слов для цифровой отладки, дополняющий любой анализатор. — Электроника, 1982, № 1. 17.Комплекс диагностирования «Электроника НЦ-603».//Тезисы докладов на V Всесоюзной конференции по технической диагностике/. В. Р. Горовой, Н. П. Васильев, А. В. Бокарев и др. Суздаль, 1982. 18.Палмквист С, Херен Г. Логический анализатор, генерирующий испытательные сигналы. — Электроника, 1981, т. 54, № 18. 19.Генератор и анализатор в одной системе. — Электроника, 1982, т. 55, № 17. 20.Бейли К-, Кахл Т. Универсальное устройство проектирования систем. — Электроника, 1979, т. 52, № 18. 21.Иванников А. Д., Старих В. А. Проектирование микропроцессорных систем. — Зарубежная электронная техника, 1980, № 11. 22.Мун Дж. Микрокомпьютер для эмуляции. — Электроника, 1980, т. 53, № 16. 23.Универсальная отладочная система автоматизации проектирования, микропроцессорных устройств: Микропроцессорные средства и системы/Я. А. Иванов, Л. Л. Муренко, Ю. Ф. Широков. — Электроника, 1984, № 3. 24.Ч. Хауз. Система проектирования, закладывающая основу комплексного центра проектирования СБИС. — Электроника, 1980, т. 53, № 5. 25.Saponas Т. Development system: soft keys + four buses—easy use and full—speand emulation—Electronic Design, 1979, vol. 27, № 20. 26.Схемный подход к автоматизированному проектированию и отладке микромашинных устройств/fi. Цлайн, М. Мейрз, П. Розенфельд. — ТИИЭР, 1976, т. 64, № 6. 27.Васильев Н. П., Горовой В. Р. Средства проектирования микропроцессорных систем. — Электронная промышленность, 1981,вып. 4 (100). 28.Badogliacca L. New tools build microsystems—ComputerDesign, 1984, vol. 23, № 1. 29.Н.П. Васильев, В.Р. Гороховой, «Микропроцессоры. Аппаратурнопрограммные средства отладки», Высшая школа, М.,1984. 30.Н.В. Воробьев, В.Л. Горбунов, «Микропроцессоры. Средства отладки: Лабораторный практикум и задачник», Кн. 3, Выш. Шк., Мн., 1987 31.В.А. Мясников, М.Б. Игнатьев, «Микропроцессоры: системы программирования и отладки», Энергоатомиздат, М.,1985. 32.Г.Б. Уильямс, «Отладка микропроцессорных систем», Энергоатомиздат, М.,1988. 33.Интернет-ресурс http://www.phyton.ru 34.Интернет-ресурс http://www.cta.ru 35.Интернет-ресурс http://www.mka.ru Заключение С вопросами мониторинга, как инструмента анализа эффективности работы аппаратно-программных средств, тесно связаны проблемы диагностики системы. Действительно, результатом тщательного анализа, иногда даже без проведения процедуры мониторинга, становится принятие решения о модернизации существующего компьютера. Учитывая функциональную сложность современных комплектующих и тот факт, что существующая технология Plug and Play еще далека от совершенства, приходится самостоятельно решать вопросы совместимости аппаратно-программных средств компьютера. Учебное издание СЕРВИС И ДИАГНОСТИКА КОМПЬЮТЕРНЫХ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ Учебно-методическое пособие Составители: ВОЛКОВ Владислав Юрьевич ВЕПРЕНЦЕВА Ольга Николаевна Редактор Туманова Е.М. Подписано в печать . .2009. Формат 60×84 1/16. Бумага Svetocopy. Отпечатано на ризографе. Усл. печ. л. Уч.-изд.л. Тираж 50. Заказ № ГОУ ВПО «Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева» Новомосковский институт (филиал). Издательский центр Адрес университета: 125047, Москва, Миусская пл., 9 Адрес института: 301670, Новомосковск, Тульской обл., Дружбы, 8