Разработка Post Card PCI

Введение

Компьютер на современном этапе развития техники применяется почти везде: в медицине, для точной диагностики с малым процентом ошибки, в производстве, для быстрого проектирования, анализа, моделирования и непосредственно при изготовлении детали, в сельском хозяйстве, в исследовательских целях, в массовых электронных платежах, в сфере развлечений. Рано или поздно наступает момент, когда он выходит из строя и необходимо точно установить место поломки и причину, вызвавшую её. Для этого можно применить POST Card PCI, который применяется для диагностики неисправностей при ремонте и модернизации компьютеров типа IBM PC (или совместимых с ним).

Главным достоинством POST Card является то, что она не требует для своей работы монитора, и 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.

POST Card может пригодиться сервисным инженерам, сборщикам компьютеров, продавцам в компьютерном магазине, системным администраторам, - всем, кому приходится решать возникающие с компьютерами проблемы в сжатые сроки. Незаменима POST Card и для профессиональных ремонтников материнских плат, полностью использующих диагностические возможности процедуры POST BIOS.

1 Специальный раздел

1.1 Описание принципиальной схемы

Принципиальная схема тестера POST CARD PCI приведена на чертеже КП.08.230101.152.21.Э3.

Так как рабочая частота шины PCI относительно высока (33 МГц), то реализация подобного устройства на дискретных микросхемах стандартной логики проблематична, поэтому в качестве основы устройства была выбрана недорогая ПЛИС фирмы Altera EPM3064ALC44-10, имеющая достаточное быстродействие и в то же время выпускающаяся в корпусе PLCC44.

Сигналы с PCI шины компьютера AD0-AD15, C/BE0-C/BE3, CLK, RST, FRAME, IRDY, TRDY, IDSEL, DEVSEL подаются на ПЛИС EPM3064ALC44-10 DD1, на которой реализовано простейшее Target PCI устройство вывода по фиксированному адресу 080H. EPM3064ALC44-10 запрограммирована при помощи ПО фирмы Altera прямо в изготовленном устройстве через специальный разъем JTAG. Для программирования используется специальный кабель ByteBlasterMV, подключаемый к LPT порту компьютера. При каждом поступлении POST кода с шины PCI этот POST код защелкивается во внутреннем 8-разрядном регистре ПЛИС, преобразуется в шестнадцатиричный семисегментный код и в последовательном виде через буферный элемент DD1:1 поступает на сдвиговые регистры DD2, DD3.

По сигналу загрузки DATA_STORE, проходящему из ПЛИС через буферный элемент DD1:4 , POST код переписывается из внутренних последовательных регистров DD2, DD3 в их внутренние параллельные регистры и, через токоограничительные резисторы R9-R25, подается на сдвоенный семисегментный индикатор HL3 для индикации. Кроме того, две точки на индикаторе HL3 служат для отображения состояния сигналов RST и CLK PCI шины компьютера. Зажигание правой точки соответствует наличию активного сигнала синхронизации CLK шины PCI, зажигание левой точки - наличию активного сигнала RST шины PCI.

На элементах DD1:2, DD1:6, DD1:5, DD1:3 собран тактовый генератор, который обеспечивает независимость работы узла индикации в случае срыва генерации CLK PCI шины в неисправном компьютере. Так как на некоторых старых моделях материнских плат на PCI слотах отсутствует напряжение +3,3 В, то для питания ПЛИС на ИС DD2 собран стабилизатор напряжения +3,3 В. Светодиоды HL1-HL2, HL4-HL5 служат для индикации наличия напряжений питания +12 В; -12 В; +3,3 В; +5 В в слоте PCI, в который вставлена POST карта.

Из особенностей работы данной POST Card хочется отметить то, что после включения питания компьютера (или нажатия на кнопку RESET) и до появления первого POST кода на индикатор POST Card выводится специальный символ (рисунок 1), который свидетельствует об отсутствии вывода компьютером каких-либо POST кодов.



Рисунок 1- Спецсимвол

Это 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).

2 Конструкторский раздел

2.1 Описание корпусов микросхем

Корпус защищает элементы интегральных микросхем от воздействия внешней среды, обеспечивает надежное соединение платы с другими элементами электронного блока. Корпус обеспечивает необходимую электрическую связь между элементами схемы и выводами микросхемы. Корпус должен быть механически прочным, чтобы предотвратить элементы схемы от повреждений в момент монтажа и эксплуатации также она должна быть технологичной в изготовлении и применении.

По конструктивно – технологическому признаку различают следующие типы корпусов микросхем:

металлостеклянные (стеклянное и металлическое основание, соединенное с металлической крышкой с помощью сварки, выводы изолированы стеклом);

металлополимерные ( подложка с элементами и выводами помещаются в металлическую крышку, после чего осуществляется герметизация);

металлокерамические (керамическое основание, соединенное с металлической крышкой с помощью сварки или пайки);

керамические (керамическое основание и крышка, соединенное между собой пайкой);

пластмассовые (пластмассовое основание, соединенное с крышкой с помощью прессовки).

Каждый вид корпуса микросхем характеризуется габаритными и присоединительными размерами, числом выводов и расположением их относительно плоскости основания корпуса. Выводы микросхем могут лежать в плоскости основания корпуса (планарные) или быть перпендикулярны ему (штыревые). Планарные выводы по сечению прямоугольные, а штыревые круглые или прямоугольные.

2.1.1 DIP16: пластмассовый корпус; 16 выводов, габаритные размеры показаны на рисунке 2.



Рисунок 2

Таблица 1 - размеры:

1. Сдвоенный семи- сегментный индикатор. Тип корпуса BD

A51DRD.

Габаритные размеры показаны на рисунке 3.

Рисунок 3

1. Высокоэффективный, дешевый CMOS, EEPROM-базирующийся

программируемый логические устройства (PLDs) основывается на архитектуре MAX® 3000. Тип корпуса PLCC44. Габаритные размеры указаны на рисунке 4.

2.1.4 LM1117 – стабилизатор напряжения на 3.3В. Ток нагрузки 800mA. Температурный диапазон 0?C до 125?C. Тип корпуса D-PAK. Габаритные размеры микросхемы LM1117 показаны на рисунке 5.

1. Микросхема представляет собой 6 логических элементов НЕ.

Тип корпуса DIP 14. Габаритные размеры показаны на рисунке 6.

Рисунок 6

2.1.6 Конденсаторы электролитические алюминиевые ESX

Рисунок 6 - Габаритные размеры конденсатора электролитического

Напряжение, В: 6,3	10
Емкость, мкФ 13.Р366-09 230101КП-ПЗ 13 Лист Дата Подпись № доку . ис Изм.	Габаритные размеры диаметр D*L, мм	Инпеданс Max 20 градусов, 100 кГц, Ом	Ток пульсации, Ма, 105 градусов,100 кГц	Габаритные размеры диаметр D*L, мм	Инпеданс, мА, 105 градусов, 100 кГц	Ток пульсации мА, 105 градусов 100 кГц
10	5*11	1,1	185
22				5*11	2,9	56

2.1.7 Конденсаторы типа КМ-6 слюдяные

Масса – 2г. Габаритные размеры конденсатора типа КМ-6 показаны на рисунке 8.

Рисунок 8

2.1.8 Резисторы постоянные тонкоплёночные С2-10.

Габаритные размеры резисторов С2-10 показаны на рисунке 9:



Рисунок 9

Вид резистора С2-10-0,125: L=6,0 - 0,6; D=2,0 - 0,15; l=20 ±3; d=0,6 ±0,1; Масса не более 0,15г.

2.1.9 Светодиод

Габаритные размеры светодиода показаны на рисунке 10

Рисунок 10

1. Все измерения находятся в миллиметрах (дюймы).

2. Отклонения ±0.25 (0.01").

2.2 Разработка платы печатного монтажа

Печатные платы (ПП) – основа печатного монтажа любой ЭА, при котором микросхемы, полупроводниковые приборы, ЭРЭ и элементы коммутации устанавливаются на изоляционное основание с системой токопроводящих полосок металла (проводников), которыми они электрически соединяются между собой в соответствии с электрической принципиальной схемой.

Для крепления печатной платы устройства используют основание корпуса. Печатная плата крепиться через крепежные отверстия (они находятся по углам печатной платы).

Для питания данного устройства используется питания +5В с шины PCI.

ПП изготавливаем химическим методом. Химический процесс удаления меди с незащищенных резистом участков. Результатом выполнения этой операции является рисунок печатных элементов (проводников, контактных, площадок и пр.) точность выполнения которых влияет на электрические характеристики ПП.

Для данного устройства используется двухсторонняя печатная плата (Двусторонняя печатная плата – ПП, на обеих сторонах которой выполнен проводящий рисунок).

Материал для основания — фольгированный стеклотекстолит, марки СФ-2-50-2. Характеристики стеклотекстолита по сравнению с гетинаксом имеют лучшие механические и электрические характеристики, более высокую нагревостойкость, меньшее влагопоглощение.

В целях улучшения электропроводности контактов устройства, ламели покрыты никелем.

3 Эксплуатационный раздел

3.1 Инструкция по эксплуатации

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 эксплуатации устройства следует выполнить:

В случае транспортирования устройства в условиях повышенной влажности и низких температур, выдержать его в течении 6 часов в нормальных условиях при температуре 20 ± 3 ?С и относительной влажности 65 ± 15%;

Осмотреть устройства и убедиться в отсутствие механических повреждений.

Условия эксплуатации:

Температура окружающего воздуха от 0 до +50?С;

Относительная влажность воздуха до 95%;

Атмосферное давление от 84 до 106,7 КПА.

3.2 Инструкция по практическому поиску неисправностей с использованием POST Card

Перед тестированием компьютера при помощи POST Card желательно

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 нашей стране наиболее распространенными являются BIOS фирм AMI и AWARD. С приобретением некоторого опыта уже по первым POST кодам можно с уверенностью назвать производителя BIOS.

Далее, при выключенном питании, устанавливаем POST Card в свободный слот компьютера. Отметим, что любые перестановки карт, шлейфов, переключения джамперов можно делать только при выключенном питании. В полностью 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.

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.

3.3 Практический поиск неисправностей с использованием POST Card

При неисправности компьютера в самом сложном случае сброс либо совсем не проходит, либо проходит, но никакие POST коды на индикаторе не отображаются.

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.

Если не проходит даже начальный сброс системы (на индикаторе POST Card в самом начале теста кратковременно не загорается левая точка индикатора). Следовательно, 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.

Если 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.

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).

3.4 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 (смотреть рисунок 1), который свидетельствует об отсутствии вывода ПК каких-либо 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.

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 каких-либо POST кодов

Код, отражающий ошибку видеопамяти (во время тестирования карта видеопамяти была извлечена из системного блока)

Код, отражающий ошибку мышки (при тестировании мышка была отключена)

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.

3.5 POST коды

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.

Ниже приведены некоторые коды AMI BIOS, отражающие наиболее часто встречающиеся неисправности ПК.

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