黃順福

　?。ㄉ虾Ｘ悹柟煞萦邢薰?，上海 201206）

      摘要：針對(duì)目前在生產(chǎn)測試平臺(tái)中廣泛使用的高密度VXI PXI Digital I/O板卡容易損壞且故障定位困難、不便維修和維護(hù)的情況,，開展了對(duì)其進(jìn)行故障定位的診斷算法研究,。研究了包括各種可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤模型及其相互關(guān)系，以及檢測和定位這些錯(cuò)誤模型的相應(yīng)算法,，并應(yīng)用相應(yīng)的算法成功地開發(fā)了高密度VXI PXI Digital I/O板卡的自動(dòng)化診斷系統(tǒng),，大幅提高了生產(chǎn)效率，降低了維護(hù)成本,，提高了經(jīng)濟(jì)效益,。

　　關(guān)鍵詞：PXI；VXI,；Digital I/O；錯(cuò)誤模型,；診斷算法,；自動(dòng)化診斷系統(tǒng)

　　中圖分類號(hào)：TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674 7720.2016.20.021

　　引用格式：黃順福. 基于VXI PXI Digital I/O卡的診斷算法研究［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35（20）：75 78.

0引言

　　在Alcatel-Lucent的移動(dòng)通信設(shè)備基站生產(chǎn)制造中,，廣泛采用了統(tǒng)一的測試平臺(tái),，以滿足紛繁復(fù)雜的不同系列產(chǎn)品的需要，如3G CDMA的BTS數(shù)字系統(tǒng)測試平臺(tái)（DTP）,射頻系統(tǒng)測試平臺(tái)（RTP）,，4G LTE BTS的公共測試平臺(tái)（CTP）,。這些測試平臺(tái)中的核心部分都使用了VXI或PXI設(shè)備，其中對(duì)于生產(chǎn)測試最關(guān)鍵的模塊設(shè)備是VXI或PXI Digital I/O板卡模塊,。

　　由于生產(chǎn)制造平臺(tái)產(chǎn)量大,，當(dāng)VXI或PXI Digital I/O板卡某一線不良時(shí)，如不能及時(shí)排除故障,，將造成該測試平臺(tái)停產(chǎn),，嚴(yán)重影響產(chǎn)能。平臺(tái)上的VXI或PXI Digital I/O線往往都超過90線以上,，屬于高密度,，如果僅僅是用人工置1或置0的方法，不僅檢測時(shí)間長,，實(shí)際上很難精確找出哪一線有問題,，很多情況下的檢測都呈現(xiàn)出無故障的現(xiàn)象，但實(shí)際上又不能使用,，這給平臺(tái)維護(hù)人員的維修診斷造成巨大困難,。高密度VXI或PXI Digital I/O板卡價(jià)格昂貴,，大量購買新的VXI或PXI Digital I/O板卡來更換，會(huì)給公司造成很大的經(jīng)濟(jì)壓力,。鑒于此,，本文開展了VXI或PXI高密度Digital I/O板卡的診斷算法研究，以便實(shí)現(xiàn)VXI或PXI Digital I/O板卡的高效自動(dòng)化診斷,。

1VXI或PXI高密度Digital I/O板卡的抽象模型及診斷模型

　　1.1VXI或PXI高密度Digital I/O板卡的抽象模型簡介

　　VXI或PXI高密度Digital I/O結(jié)構(gòu)框圖見圖1（a）,。不同廠家的具體產(chǎn)品的電路會(huì)有所不同，但其原理是相同的,。其主要由0~N個(gè)端口（Port）及端口選擇控制器（Port Control）所組成,。端口連到被測系統(tǒng)BTS的BBS（基帶部分），其作用是采集相應(yīng)位數(shù)的數(shù)字信號(hào),，或發(fā)出相應(yīng)位數(shù)的指令,，讀回相應(yīng)的響應(yīng)。端口選擇控制器用于選擇相應(yīng)的端口,。診斷時(shí)需要每次讀/寫1位,，由控制器發(fā)出，通過Data BUS總線送到端口,。例如：Port0為8位,，發(fā)出對(duì)Port0 D1位置1的指令0000 0001；發(fā)出對(duì)Port0 D2位置2的指令0000 0010,，依次類推,。由此可見，當(dāng)每次讀/寫1位指定位時(shí),，VXI或PXI高密度Digital I/O電路可以抽象為圖1（b）所示結(jié)構(gòu)模型［1-3］,。

　　從圖1（b）中可看出，對(duì)指定1位的讀寫可看成是D1~D8的列與Port 0~Port N的行的交點(diǎn)的讀寫,。對(duì)于選擇Port 0~Port N中的哪一行,，相當(dāng)于是行譯碼器的行為模型；選擇D1~D8列中的哪一列,，相當(dāng)于是列譯碼器的行為模型,；而交點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)元件單元，實(shí)際上還應(yīng)該包含讀/寫電路,、線驅(qū)動(dòng)電路,、鎖存電路等。由于這些電路元器件的關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性,，使得有些故障現(xiàn)象容易被認(rèn)為是正確的結(jié)果而很難被診斷［4］,。例如，Port 0 D7單元有卡死故障，其被卡死在1,。當(dāng)讀1時(shí),，其是正確的；當(dāng)置0時(shí),，由于周圍鄰居某0單元恰好在此狀態(tài)下,，又與卡死單元有某種類型的耦合，因此讀0時(shí)也是正確的,。在這種情況下,，讀0讀1都正確，這時(shí)就無法檢測出Port 0 D7的故障,。下面敘述幾種主要的錯(cuò)誤模型,。

　　1.2卡死錯(cuò)誤模型

　　卡死錯(cuò)誤定義為某單元或線總是0（SA0）或1（SA1）；它總是在狀態(tài)0或狀態(tài)1,，不能改變到其相反的狀態(tài),。如圖2（a）所示，單元狀態(tài)原來為0,，當(dāng)置0時(shí),，還是回到0狀態(tài)；當(dāng)置1時(shí),，其還是到0狀態(tài),所以為SA0錯(cuò)誤,。如圖2（b）所示,單元狀態(tài)為原來為1，當(dāng)置1時(shí),，為1；當(dāng)置0時(shí),，仍然為1,，故為SA1錯(cuò)誤。對(duì)于卡死錯(cuò)誤檢測必須滿足：所有的單元必須通過讀一次0和讀一次1進(jìn)行檢測,。

　　1.3遷移錯(cuò)誤模型

　　遷移錯(cuò)誤是卡死錯(cuò)誤的一種特殊情況,，它定義為當(dāng)0→1遷移時(shí)，單元或線向上遷移的錯(cuò)誤,。同理,，當(dāng)1→0遷移時(shí)，單元或線向下遷移的錯(cuò)誤,。向上遷移錯(cuò)誤記為：TF<↑/0>,；向下遷移錯(cuò)誤記為: TF<↓/0>。如圖2（c）所示,，當(dāng)單元或線在狀態(tài)1（S1）時(shí),，置1時(shí)為1，置0遷移到狀態(tài)0（S0）正確；當(dāng)單元或線在狀態(tài)0（S0）時(shí),，置0時(shí)為0,，置1時(shí)仍為0，沒有遷移到S1,，所以為TF<↑/0>錯(cuò)誤,。實(shí)際遷移模型見圖2（d），原來Q狀態(tài)為0,，在觸發(fā)器的S端置1時(shí),，Q端應(yīng)翻轉(zhuǎn)為1，但仍舊是0,，所以把它歸類為TF<↑/0>,。之所以不把遷移錯(cuò)誤歸入卡死錯(cuò)誤，是因?yàn)槠渌e(cuò)誤形式（如耦合錯(cuò)誤）可以使它翻轉(zhuǎn),。對(duì)于遷移錯(cuò)誤的檢測必須滿足：所有的單元必須進(jìn)行一次向上遷移和一次向下遷移以及每次遷移后的讀,。

　　1.4耦合錯(cuò)誤模型

　　耦合錯(cuò)誤是由遷移所引起，其發(fā)生在兩個(gè)單元之間,。耦合錯(cuò)誤的定義如下：在一個(gè)單元產(chǎn)生一個(gè)向上或向下遷移而引起第2個(gè)單元內(nèi)容的變化,。翻轉(zhuǎn)耦合錯(cuò)誤（CFin）：在一個(gè)單元產(chǎn)生一個(gè)向上或向下遷移而引起第2個(gè)單元內(nèi)容的翻轉(zhuǎn)。CFin模型見圖3（a）,，Cn為正常時(shí)鐘輸入,，Cc為額外時(shí)鐘輸入。當(dāng)Cc發(fā)生向上狀態(tài)遷移時(shí),，則翻轉(zhuǎn)了D觸發(fā)器的內(nèi)容,。單元j產(chǎn)生一個(gè)單元i的耦合錯(cuò)誤，單元j稱作耦合單元,。如果Ci為<↑;>,，則表示為單元j引起單元i一次向上或向下的遷移。對(duì)于翻轉(zhuǎn)耦合錯(cuò)誤的檢測必須滿足：對(duì)于所有被耦合單元,，通過觸發(fā)耦合元產(chǎn)生可能的各次翻轉(zhuǎn)耦合后,，讀各次翻轉(zhuǎn)耦合的被耦合單元（條件是各次翻轉(zhuǎn)耦合不能相互屏蔽）。這里討論的耦合錯(cuò)誤模型是單向的,，即j→i,，實(shí)際上可能是雙向的，即也有可能同時(shí)存在i→j,，這比較復(fù)雜,，因篇幅有限，本文不作進(jìn)一步討論,。

　　0或1耦合錯(cuò)誤模型定義如下：一個(gè)單元的向上或向下遷移,，強(qiáng)制第二個(gè)單元的內(nèi)容為0或1,。如圖3（b）所示，Sn是普通的置1輸入,，Sc是不想要的置1輸入,，它強(qiáng)制R/S觸發(fā)器置1，即為<↑;1>,。R/S的R端情況與S端的情況類似,，即為<↑;0>。該模型有4個(gè)可能性：<↑;0>,，<↑;1>,，<↓;0>，<↓;0>,。

　　這里給出一個(gè)i單元和j單元的一個(gè)0或1耦合錯(cuò)誤模型狀態(tài)轉(zhuǎn)換的例子,，見圖4（a），共有4個(gè)狀態(tài)：00,、01,、10、11,，即Sij表示為S00,、S01、S10,、S11,。W0/i，W0/j表示i單元置0,，j單元置0,，狀態(tài)返回到S00狀態(tài)；W1/i,，W0/j表示i單元置1,，j單元置0，狀態(tài)返回到S10狀態(tài),；W0/i,，W1/j表示i單元置0,，j單元置1,，狀態(tài)返回到S01狀態(tài)；W1/i,，W1/j,，表示i單元置1，j單元置1,，狀態(tài)返回到S11狀態(tài),。在該例圖的其他狀態(tài)在一定條件下的轉(zhuǎn)換的分析,，可按照上述方法進(jìn)行。這里需要特別指出的是S00在W1/j條件下轉(zhuǎn)換到S11的情況,。正常情況下,，S00在W1/j條件下應(yīng)該轉(zhuǎn)換到S01狀態(tài)，而不是S11狀態(tài),，這說明發(fā)生了0或1耦合錯(cuò)誤,。即當(dāng)j從0遷移到1（↑）時(shí)，i強(qiáng)制為1,，即為<↑;1>,。

　　與上述遷移引起的耦合錯(cuò)誤模型不同的是橋接耦合錯(cuò)誤模型和狀態(tài)耦合模型。這兩種耦合是由于邏輯電平的原因造成的,，與遷移無關(guān),。

　　1.5鄰近單元感應(yīng)錯(cuò)誤模型

　　鄰近單元感應(yīng)錯(cuò)誤模型定義為：一個(gè)單元的內(nèi)容是由其所有另外的單元構(gòu)成的圖式所影響，這些單元構(gòu)成的圖式是由0和1所組成的,。如圖4（b）所示,，鄰近單元是指與錯(cuò)誤單元有關(guān)的所有單元包含錯(cuò)誤單元。b代表基本單元,，基本單元表示正在測試的單元,。稱不包含基本單元的鄰近單元為已消除基本單元的鄰近單元，簡稱為已消基鄰近單元,。鄰近單元感應(yīng)錯(cuò)誤模型的表示方法為：Ci,j<d0,、d1、d2,、d3:b>,，其中Ci,j為基本單元的位置，d0,、d1,、d2、d3為已消基鄰近單元,。鄰近單元感應(yīng)錯(cuò)誤模型有三種類型,，分別為主動(dòng)鄰近單元感應(yīng)錯(cuò)誤模型、被動(dòng)鄰近單元感應(yīng)錯(cuò)誤模型以及靜態(tài)鄰近單元感應(yīng)錯(cuò)誤模型,。主動(dòng)鄰近單元感應(yīng)錯(cuò)誤模型定義為：由于已消基鄰近單元的變化,，基本單元也改變了器內(nèi)容。如Ci,j<0,↓,1,1:1>,，由于d1的遷移,，使得基本單元的狀態(tài)變成1。被動(dòng)鄰近單元感應(yīng)錯(cuò)誤模型定義為：由于某種已消基鄰近單元所構(gòu)成的圖式使得基本單元的內(nèi)容不能被改變,。如Ci,j<0,0,1,1:↑/0>,，當(dāng)從d0到d3為0011時(shí),，基本單元的狀態(tài)0不能改變。靜態(tài)鄰近單元感應(yīng)錯(cuò)誤模型定義為：由于某種已消基鄰近單元所構(gòu)成的圖式使得基本單元的內(nèi)容被強(qiáng)制到某個(gè)狀態(tài),，如Ci,j<0,1,0,0,1,1,1,1;-/0>,，當(dāng)d0到d7為01001111時(shí)，基本單元的內(nèi)容被強(qiáng)制到0,。

　　1.6地址譯碼錯(cuò)誤模型

　　地址譯碼錯(cuò)誤有5種類型：（1）某一個(gè)地址沒有單元可訪問,；（2）沒有某單元可訪問的地址；（3）某個(gè)單元多個(gè)地址可被訪問,；（4）某個(gè)單元可被多個(gè)地址訪問,；（5）以上四種類型的任意組合。在VXI或PXI高密度Digital I/O板卡中的端口選擇的電路邏輯就相當(dāng)于地址譯碼模型,。

2VXI或PXI高密度Digital I/O板卡的診斷算法

　　2.1診斷算法簡介

　　診斷算法就是根據(jù)VXI或PXI高密度Digital I/O板卡的特點(diǎn),，結(jié)合上述錯(cuò)誤模型，選取最能檢測出相關(guān)錯(cuò)誤模型的方法,。每種具體型號(hào)的板卡的電路結(jié)構(gòu)可能不同,，但有些錯(cuò)誤模型是普遍發(fā)生的，如卡死錯(cuò)誤模型,、遷移錯(cuò)誤模型,、耦合錯(cuò)誤模型、地址譯碼錯(cuò)誤模型,。根據(jù)具體電路結(jié)構(gòu)來決定是否需要鄰近單元感應(yīng)錯(cuò)誤模型的檢測算法,。診斷算法有：行程算法、0-1算法,、棋盤算法,、步行和快步0/1算法等。

　　2.2行程算法的概念

　　行程算法是由一定數(shù)量的有限的行程單元序列所組成的,。行程單元是對(duì)高密度Digital I/O的每個(gè)單元診斷操作的序列,。行程方向可以按地址方向向上行進(jìn)，用↑表示,；行程方向可以按地址方向向下行進(jìn),，用↓表示；地址無關(guān)用表示,。置0為（w0）,，置1為（w1）。讀期望值0為（r0）,，讀期望值1為（r1）,。行程測試算法{↑（r0,w1）;↓（r1:w0）}是由行程單元{↑（r0,w1）}和{↓（r1:w0）}所組成的,。行程算法的類型很多,，功能很強(qiáng),，有針對(duì)各種錯(cuò)誤模型的解決方法，但算法比較復(fù)雜,，其能檢測到故障但不一定能定位到故障,。行程算法的主要類型為：MATS+：主要檢測卡死錯(cuò)誤模型；行程C-:檢測無關(guān)聯(lián)的0或1耦合錯(cuò)誤模型,；行程A：檢測相關(guān)聯(lián)的0或1耦合錯(cuò)誤模型,；行程B：檢測相關(guān)聯(lián)的遷移錯(cuò)誤模型和遷移錯(cuò)誤模型。

　　2.30-1算法

　　最小測試是由置0和置1所組成,。算法分為4個(gè)步驟：(1)對(duì)所有單元置0,；(2)對(duì)所有單元讀；(3)對(duì)所有單元置1,；(4)讀所有單元,。0-1算法特點(diǎn)為:（1）不是所有的地址譯碼錯(cuò)誤能被檢測到;（2）卡死錯(cuò)誤可以被檢測到和定位（條件是地址譯碼正確）;（3）不是所有的遷移錯(cuò)誤能被檢測到;（4）不是所有的耦合錯(cuò)誤能被檢測到。其算法表示為：{↑（w0）,；↑（r0）,；↑（w1）；↑（r1）},，優(yōu)點(diǎn)是算法占用時(shí)間短和能夠定位,。

　　2.4棋盤算法

　　棋盤算法把所有單元分成2組，即單元組1和單元組2,，由此形成棋盤圖式,。其算法分為4個(gè)步驟：(1)對(duì)單元組1置1，對(duì)單元組2置0,；(2)讀所有單元,；(3)對(duì)單元組1置0，對(duì)單元組2置1,；(4)讀所有單元,。其算法表示為：其中M1為單元組1，M2為單元組2,。其特點(diǎn)為：（1）不是所有的地址譯碼錯(cuò)誤能被檢測到,；（2）卡死錯(cuò)誤可以被檢測到和定位（條件是地址譯碼正確）；（3）不是所有的遷移錯(cuò)誤能被檢測到,；（4）不是所有的耦合錯(cuò)誤能被檢測到,。該算法的優(yōu)點(diǎn)是占用時(shí)間短和能夠定位。該算法主要針對(duì)鄰近單元的短路檢測（條件是地址譯碼正確）,。

　　2.5步行和快步0/1算法

　　步行和快步0/1算法是相似的,，只是讀基本單元時(shí)的行為有些差異。步行算法是所有其他單元讀過之后才讀基本單元,；快步0/1算法是每次讀其他單元后,，讀基本單元,。具體算法如圖5所示。

　　步行和快步0/1算法的特點(diǎn)是：（1）能檢測和定位所有的地址譯碼錯(cuò)誤,。地址譯碼錯(cuò)誤將造成基單元不能在步驟2進(jìn)行置位,，算法從而在步驟5或7能夠定位故障。同樣,，其他的單元在步驟2置位,，在步驟4和步驟6定位故障。（2）能檢測和定位所有的卡死錯(cuò)誤,，因?yàn)樵诨締卧诓襟E2置位,，在步驟5和7進(jìn)行讀（0和1）檢測和定位。（3）能檢測和定位所有的遷移錯(cuò)誤,。因?yàn)樵诓襟E5和步驟7的讀操作后,，基本單元在步驟2有一次↑和↓的遷移動(dòng)作。（4）能檢測和定位所有的耦合錯(cuò)誤,。在步驟2,，可以探測<↑;1>、<↓;0>,、<↑;↑>,、<↓;↓>耦合錯(cuò)誤（根據(jù)步驟1中的0或1），在步驟4和6進(jìn)行定位故障,。在步驟3,，可以探測<↓;1>、<↑;0>,、<↓;↑>,、<↑;↓>耦合錯(cuò)誤，在步驟4和6進(jìn)行定位故障,。該算法的定位地址譯碼錯(cuò)誤和耦合錯(cuò)誤是十分精確的,。因?yàn)樵谥梦获詈蠁卧螅惴⒓催M(jìn)行讀操作,，所以它十分清楚哪個(gè)單元耦合給哪一個(gè),。步行和快步0/1算法在實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用。

3VXI或PXI高密度Digital I/O板卡的診斷算法應(yīng)用舉例

　　在AlcatelLucnt公司的3G CDMA測試平臺(tái)中使用了4塊Agilent VXI Chanel Digital I/O E1458A,，快速和精確定位故障是選擇診斷算法的基本要求,。綜合各種算法特點(diǎn)，根據(jù)2.5節(jié)的描述,，步行0/1算法是比較適合本例,。本例用NI LabWindows CVI［5］軟件開發(fā)了E1458A的測試診斷程序，測試程序界面見圖6，其涉及步行0/1算法的部分代碼（由于篇幅有限,，只用部分代碼做演示）見圖7,。如圖6所示，SELF BIT BY TEST REVIEW表格（位于界面的下半部分）用來顯示采用了步行0/1算法的診斷結(jié)果,。表格的第1行是通道號(hào)（Channel），第2行是測試置0的結(jié)果,，第3行是測試置1的結(jié)果,。如果測試結(jié)果在第2行（置0行）的某格顯示出1或-1，則表示該格所對(duì)應(yīng)的通道置0出錯(cuò),；如果測量結(jié)果在第3行（置1行）的某格顯示出0或-1,，則表示該格所對(duì)應(yīng)的通道置1出錯(cuò)，這樣可以即精確又方便地報(bào)告故障所在的位置,，即哪一端口的哪一線出錯(cuò)及出錯(cuò)的類型,。

4結(jié)論

　　通過對(duì)VXI PXI高密度Digital I/O建立抽象模型，引入了對(duì)其錯(cuò)誤模型和算法的研究和討論,，從而得出了合適的算法即步行0/1算法,，并應(yīng)用此算法成功地開發(fā)了VXI PXI高密度Digital I/O自動(dòng)化診斷系統(tǒng)，解決了大規(guī)模生產(chǎn)的實(shí)際維護(hù)問題,。當(dāng)然,，可以應(yīng)用此思路，改進(jìn)或發(fā)展這些算法并應(yīng)用到其他類似模型的電路結(jié)構(gòu)中,，從而能更好,、更多地解決實(shí)際問題，開發(fā)更多的自動(dòng)化診斷系統(tǒng),。

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