встраиваемые аппаратные средства для диагностики ПЭВМ

Встраиваемый комплекс
диагностики и тестирования ПЭВМ POST Card PCI.
Автор: Тихомиров Денис Владимирович
Гимназия № 1516 г.Москва ,11 класс.
Научный руководитель: Макарчук Владимир Васильевич к.т.н., доцент каф.
«ИУ4» МГТУ им.Н.Э.Баумана.
ЦЕЛЬ: Разработка устройства для диагностики, тестирования и
ремонта ПЭВМ, а также методики проведения лабораторных работ
по курсу «Архитектура ЭВМ» с использованием данного устройства
РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ:
•Анализ методов диагностики ПЭВМ по POST-кодам.
•Разработка схемотехнической и конструктивной реализации
устройства POST Card.
•Разработка технологии сборки устройства POST Card.
•Разработка методики применения устройства POST Card для
диагностики ПЭВМ и проведения лабораторных работ по курсу
«Архитектура ЭВМ».
Объект разработки –
встраиваемые аппаратные средства для диагностики
ПЭВМ
Встраиваемая
диагностическая система
представляет собой плату расширения
компьютера, отображающую POST–коды
неисправностей ПЭВМ, генерируемые
BIOS-ом компьютера в удобном для
пользователя виде, которая может быть
установлена в любой свободный PCI
слот (33 МГц).
Материнская
плата
Платы
расширения
Типовые компоненты ПЭВМ
ПЭВМ
Корпус
CD-ROM
Модули ОЗУ
НЖМД
НГМД
Процессор
Блок питания
Устр-во
охлаждения
Применение встраиваемых аппаратных средств для
диагностики ПЭВМ
На производстве
В мастерских
по обслуживанию
и ремонту
Схема производственной линии по сборке ПЭВМ
Возможное использование
Встраиваемых средств
диагностики
Уровни диагностики ПЭВМ
POST card PCI.возможно использование
на следующих уровнях поиска.
На уровне платы-
На уровне микросхемы-
Заменяется
дефектная печатная плата.
Определяется и заменяется
На уровне схемы-
дефектная микросхема или компонент.
Находится точная причина неисправности
Существуют три уровня поиска
неисправностей и ремонта
персональных компьютеров:
•Уровень плат.
•Уровень микросхем
•Уровень отдельных пассивных
элементов.(конденсаторы,
резисторы дроссели.
Трансформаторы и т.д.)
Что такое POST-коды и как они используются в
диагностике?
Работа устройства POST Card основывается на подпрограмме BIOS под
названием «Самотест» по включению питания" - POST ( Power On Self Test).
При прохождении каждого из POST-тестов генерируется так называемый
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 ее двухразрядном
индикаторе в виде шестнадцатиричных цифр .
Если подпрограмма POST
обнаруживает неисправность в
функционировании компьютера, то
она останавливается, а
соответствующий POST-код
отображает, в каком именно
модуле ПЭВМ обнаружена
неисправность.
Найденная неисправность –
Отключен HDD
42
1)Инициализация
жесткого диска и
диспетчера
отображение POST-кода
2)Определение
жесткого диска и
любых приводов
Схемотехническое проектирование
(функциональная схема устройства POST Сard )
Блок индикации наличия
питающих напряжений
+5В, +12В
+3,3В, -12В
Задающий
Генератор
Шина PCI
Блок индикации POST-кодов
Стабилизатор
+3,3В
POSTкод
ПЛИС «ALTERA»
Интегральная схема
8-ми разрядный регистр
Интегральная схема
8-ми разрядный регистр
Разряды 7-ми
сегментного
индикатора
Разряды 7-ми
Сегментного
индикатора
Схемотехническое проектирование
(выбор элементной базы)
Так как рабочая частота шины PCI относительно высока (33 МГц), то реализация
подобного устройства на дискретных микросхемах стандартной логики проблематична,
поэтому в качестве основы для реализации устройства была выбрана недорогая ПЛИС
фирмы «Altera» EPM3064ALC44-10, имеющая достаточное быстродействие и в то же
время выпускающаяся в корпусе PLCC44, что при применении соответствующей
панельки с стандартным шагом выводов 2,5 мм дает возможность повторить
устройство радиолюбителям со средней квалификацией.
EPM3064ALC44-10 представляет собой программируемую логическую интегральную
схему (ПЛИС), содержащую 1250 вентилей, которая может быть запрограммирована
под нужды разработчика при помощи ПО фирмы Altera прямо в изготовленном
устройстве через специальный разъем JTAG. Для программирования используется
специальный кабель ByteBlasterMV, подключаемый к LPT-порту любого компьютера.
Схема кабеля свободно распространяется фирмой Altera, ее можно найти на
вышеприведенном сайте.(адрес)
Память ПЛИС изготовлена по EEPROM-технологии и позволяет производить до 100
циклов записи/стирания.
Схемотехническое проектирование
(схема электрическая принципиальная)
Конструкторско - технологическое проектирование
(разработка ПП и сборка устройства)
Вид печатной платы POST Card PCI
со стороны компонентов
Вид печатной платы POST Card PCI
со стороны токопроводящих дорожек
Схема монтажа элементов устройства
Конструкторско - технологическое проектирование
Индикатор
(Устройство в сборе)
POST
Кодов.
Интегральная
схема регистра
управления
индикатором
Интегральная
схема.(задающий
генератор)
Керамические
конденсаторы.
ПЛИС
Altera.
Блок
индикации
наличия
питающих
напряжений
Стабилизатор
+3,3 v.
Электролитические
конденсаторы.
Резисторы.
Разъем PCI для подключения к ПЭВМ
Методика проведения лабораторных работ по
архитектуре ЭВМ с использованием устройства
Подготовить плату устройства POST
Сard для тестирования компьютера
2. Установить в свободный PCI-слот
компьютера устройство POST Сard .
2. Выбрать из списка, составленного
по POST-кодам, неисправность.
3. При выключенном компьютере
создать выбранную неисправность.
4. Включить питание компьютера.
5. Считать с индикатора POST
card установившийся POST-код,
7. Проверить, соответствует ли этот POST-код
созданной неисправности.
8. Выключить питание компьютера
и устранить созданную неисправность.
9. Снова включить компьютер и проверить,
полностью ли завершилась
загрузка операционной
системы, по наличию POST-кода «FF»
на устройcтве POST-card.
10. При необходимости повторить пункты 3-9,
создав в компьютере новую неисправность.
1.
Опытная эксплуатация устройства в сборе
1.
Выключаем питание неисправного компьютера.
2.
Устанавливаем POST card в любой свободный PCIexpress слот материнской платы.
3.
Включаем питание компьютера и считываем с
индикатора POST card соответствующий POST-код,
на котором “зависает” загрузка компьютера.
4.
По таблицам POST-кодов определяем, на каком из
тестов возникли проблемы.
5.
При выключенном питании производим изъятие
дефектного устройства и замену его исправным с
целью устранить неисправность.
6.
Повторяем пункты 3,4,5 добиваясь устойчивого
прохождения процедуры POST-контроля и начала
загрузки О.С.
Выводы по работе
В работе рассмотрена структурная схема и макет упрощенного контроллера PCI,
применяемого для диагностики неисправностей при ремонте и модернизации
компьютеров типа IBM PC.
В результате выполнения работы был изготовлен макет устройства POST Card
PCI, который обеспечивает контроль и диагностику компьютеров с помощью
проведения предзагрузочных тестов по POST-кодам.
Разработана методика применения устройства POST Сard для проведения
лабораторных работ по анализу работоспособности системных плат ПЭВМ.
Аппробация
• Результаты исследований и разработок докладывались на научной олимпиаде
«Шаг в будущее» в МГТУ им. Баумана в 2006 году на секции кафедры «ИУ4».
• Комплекс использован в учебном процессе по кафедре «ИУ4» МГТУ
им.Н.Э.Баумана при проведении лабораторных работ по курсу «Системотехника
и архитектура ЭВМ, комплексов и систем.»