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| Stand: | 18.07.1996 |
In fast allen Bereichen der Technik werden heute mikroprozessorbestückte Systeme eingesetzt, die immer häufiger auch mit Fuzzy-Hardware bestückt sind. Gerade im Bereich der Prozeßsteuerung bieten Fuzzy-Systeme eine sinvolle Alternative zu konventionellen Mikroprozessor-Steuerungen. Eine Hauptstärke der Fuzzy-Logik liegt hierbei in der Bewertung von komplexen oder nicht-linearen Funktionen unter Zuhilfenahme von vereinfachten und intuitiv verständlichen Approximationen, was der Verarbeitung von Informationen in einer dem menschlichen Arbeitsprozeß ähnlichen Arbeitsweise ermöglicht. Damit werden letztendlich genauere Ausgabeparameter mit einer im Vergleich zu herkömmlichen Lösungsansätzen bis zu 1200mal höheren Geschwindigkeit erzeugt.
Ein besonderes Problem stellt der Test mikroprozessorbestückter Systeme dar. Wünschenswert ist ein möglichst einfacher Testalgorithmus; jedoch ist der Test bei relativ kleinen Prozessorsystemen bereits sehr komplex. Ein weiteres Kriterium ist die benötigte Zeit für den Test. Bei Anwendung der herkömmlichen Testmethoden mit deterministischer Testmustergenerierung, Test des Systems und der anschließenden Auswertung der Testantworten ist ein erheblicher zeitlicher Aufwand notwendig. Deswegen ist man bestrebt selbsttestende Systeme zu entwikklen, die die Testmustergenerierung, den Test und die Testanwortauswertung übernehmen und einen eventuellen Fehler anzeigen. Dazu muß eine Selbsttestumgebung in mikroprozessorbestückte Systeme integriert werden, die die oben beschriebenen Funktionen übernimmt.
Aus diesem Grunde soll in dieser Diplomarbeit ein Prozessorsystem entwickelt werden, mit dem Lösungsmöglichkeiten des oben beschriebenen Testproblems untersucht werden können. Dazu ist die Implementierung verschiedener Selbsttest-Architekturen notwendig, die in der Lage sein müssen geeignete Testmuster zu erzeugen und die daraus resultierenden Testantworten auszuwerten. Der Einsatz von Fuzzy-Komponenten in mikroprozessorbestückten Systemen läßt es weiterhin sinnvoll erscheinen, die Methoden der Fuzzy-Logik im Bereich der Testantwortauswertung einzusetzen. Aus diesem Grunde sollen mit Hilfe des Prozessorsystems diese Möglichkeiten ebenfalls untersucht werden.
Ziel der Diplomarbeit ist es, ein fuzzy-basiertes Prozessorsystem für Testanwendungen zu entwickeln. Mit Hilfe dieses Systems soll es möglich sein, vergleichende Untersuchungen an verschiedenen Selbsttestarchitekturen vorzunehmen, mit denen ein Selbsttest eines mikroprozessorbestückten Systems möglich ist. Aus dieser Aufgabenstellung heraus ergibt sich eine Aufteilung des zu entwickelnden Systems in zwei Teile, einen Steuerrechnerteil und einen Testrechnerteil gemäß .
Abb. 2.1: Aufteilung des Prozessorsystems
Der Steuerrechner übernimmt in diesem System zwei zentrale Aufgaben. Zum einen stellt er die zentrale Steuereinheit des gesamten Prozessorsystems dar, und zum anderen dient er als Testvehikel für den Testrechnerteil.
Der Steuerrechner soll aus den folgenden Komponenten aufgebaut werden:
Der Testrechnerteil besteht aus zwei Hauptkomponenten, dem Testcoprozessor und der Fuzzy-Hardware. Der Testcoprozessor enthält verschiedene Selbsttestarchitekturen, an denen vergleichende Untersuchungen vorgenommen werden können sowie zusätzlich einige Bitfeld-Operationen zur Testantwortauswertung. Mit Hilfe der Fuzzy-Hardware, die aus insgesamt drei verschiedenen Fuzzy-Bausteinen besteht, soll die Eignung der Fuzzy-Logik im Bereich der Testantwortauswertung untersucht werden. Als Fuzzy-Bausteine sollen ein Fuzzy-Mikrocontroller, ein Fuzzy-Pattern-Comparator und ein Fuzzy-Data-Correlator zum Einsatz kommen.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein vollständiges Prozessorsystem entwickelt, das spezielle Anwendungen im Testbereich ermöglicht. Das sehr flexible und leistungsfähige System besteht aus einem Steuerrechner- und einem Testrechnerteil. Der Steuerrechnerteil ist auf universelle Einsetzbarkeit hin entworfen und durch eine VMEBus-Schnittstelle leicht erweiterbar. Das Prozessorsystem ist aus diesem Grund nicht notwendigerweise an die Testanwendungen gebunden. Der Testrechnerteil gestattet Untersuchungen sowohl an bekannten Selbsttest-Architekturen als auch deren Vergleich mit zur Testantwortauswertung verwendeten Fuzzy-Elementen. In dem Testrechnerteil des Systems sind linear rückgekoppelte Schieberegister, zellulare Automaten und Generalized Linear Feedback Shift Register implementiert. Drei verschiedene Fuzzy Prozessoren stehen für die Untersuchung bezüglich ihrer Eignung für die Auswertung von Testantworten bereit. Der Steuerrechnerteil des Prozessorsystems nimmt zwei wichtige Aufgaben war. Zum einen ist er die zentrale Steuereinheit für das Gesamtsystem und zum anderen dient er als Testvehikel für den Testrechnerteil.
Die Diplomarbeit beinhaltete nicht nur das Design eines Prozessorsystems, sondern auch die Portierung eines Betriebssystems, speziell OS9, auf die neu entwickelte Hardware. Zu diesem Zweck war die Anpassung eines Debuggers und eines Urladers (Bootstrap Loader) erforderlich. Außer diesen beiden Softwaremodulen im Festwertspeicher des Systems, war der Floppy Disk Treiber des Betriebssystems an die neue Hardware anzupassen. Es ist nun möglich, das Betriebssystem von einer Diskette in den Speicher des Prozessorsystems zu laden und es fortan zur Programmentwicklung zu verwenden. Weitergehende Programmentwicklungen waren jedoch nicht Gegenstand dieser Diplomarbeit, da sie deren ohnehin schon weitgesteckten Rahmen vollends gesprengt hätten.
Zur vollständigen Einbindung und Unterstützung aller Komponenten des Gesamtsystems durch das Betriebssystem wären in nachfolgenden Arbeiten zumindest folgende Software-Module zu entwickeln:
Mit Vorhandensein der erwähnten Software-Komponenten ist die Entwicklung von Programmen für die amgestrebte Untersuchung der verschiedenen Testarchitekturen möglich. Denkbar sind vergleichende Untersuchungen der verschiedenen Selbsttest-Architekturen untereinander und mit den Fuzzy-Prozessoren. Die Untersuchung der generellen Eignung der Fuzzy-Komponenten zum Systemselbsttest bzw. die Realisierung von Verfahren zur Abbildung von Algorithmen zur Testantwortauswertung auf die Fuzzy Logik sind ebenfalls Gegenstand weitergehender Arbeiten.
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Torsten