introduzione alle funzioni di manutenzione - slide

Introduzione Introduzione alle Funzioni di Manutenzionealle Funzioni di Manutenzione

Didattica della Strumentazione Digitale e Sistemi a Microprocessore

alle Funzioni di Manutenzionealle Funzioni di Manutenzione

Benvenuti Benvenuti ……..

Claudio Claudio CancelliCancelli

Scopo di tale Unità di LavoroIntroduzione alle

Funzioni diManutenzione

Prof. Claudio Cancelli

SENSIBILIZZARE GLI STUDENTI A COMPRENDERE COMPRENDERE SENSIBILIZZARE GLI STUDENTI A COMPRENDERE COMPRENDERE L’IMPORTANZA DELLEL’IMPORTANZA DELLE

FUNZIONI DI MANUTENZIONEFUNZIONI DI MANUTENZIONE

NEI SISTEMI DI CONTROLLO A MICROPROCESSORE O DI NEI SISTEMI DI CONTROLLO A MICROPROCESSORE O DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI

DANDO ENFASI AI

GUASTI ED AL CONTRIBUTOGUASTI ED AL CONTRIBUTO

CHE L’ELETTRONICA E L’INFORMATICA FORNISCONO PER ADOTTARE I CRITERI NECESSARI ALLA CORRETTA

MANUTENIBILITA’ DEI SISTEMI COMPLESSIMANUTENIBILITA DEI SISTEMI COMPLESSI

… per quale motivo?Introduzione alle

Funzioni di Manutenzione


GARANTIRE IL FUNZIONAMENTODEL SISTEMAGARANTIRE IL FUNZIONAMENTODEL SISTEMA(LA DEPENDABILITY)(LA DEPENDABILITY)(LA DEPENDABILITY)(LA DEPENDABILITY)

PER GARANTIREPER GARANTIREPER GARANTIREPER GARANTIRE

LA SICUREZZA DELLE PERSONELA SICUREZZA DELLE PERSONELA SICUREZZA DELLE PERSONELA SICUREZZA DELLE PERSONEGLI INVESTIMENTIGLI INVESTIMENTI

COSTI DI PRODUZIONECOSTI DI PRODUZIONEINFORMAZIONI PREGIATEINFORMAZIONI PREGIATEINFORMAZIONI PREGIATEINFORMAZIONI PREGIATE

I contenutiIntroduzione alle



Disponibilità

GuastoAffidabilità

ORIENTATI ALLA

MANUTENZIONE DEI SISTEMI A MICROPROCESSORE

ErroreDiagnosticaDiagnostica

Gli obiettiviIntroduzione alle



Obiettivi di competenza finali attesiObiettivi di competenza finali attesi•• Saper comprendere l’HW ed il SW necessari ad Saper comprendere l’HW ed il SW necessari ad

interpretare le funzioni di diagnostica nei sistemi di interpretare le funzioni di diagnostica nei sistemi di interpretare le funzioni di diagnostica nei sistemi di interpretare le funzioni di diagnostica nei sistemi di elaborazione con controllo a microprocessoreelaborazione con controllo a microprocessore

•• Saper impostare i criteri di analisi e di progettazione Saper impostare i criteri di analisi e di progettazione per la diagnosi di unità hardware duplicateper la diagnosi di unità hardware duplicateper la diagnosi di unità hardware duplicateper la diagnosi di unità hardware duplicate

Obiettivi di Teoria FondamentaliObiettivi di Teoria Fondamentali•• Conoscere il concetto di servizio offerto da un sistemaConoscere il concetto di servizio offerto da un sistema

C d il i ifi di ffid bili à C d il i ifi di ffid bili à •• Conoscere e comprendere il significato di affidabilità, Conoscere e comprendere il significato di affidabilità, disponibilità, guasto ed erroredisponibilità, guasto ed errore

•• Comprendere le modalità di rilevazione degli errori ed Comprendere le modalità di rilevazione degli errori ed di trattamento del guastodi trattamento del guastodi trattamento del guastodi trattamento del guasto

•• Introdurre il concetto di manutenzioneIntrodurre il concetto di manutenzione

Le motivazioniComprendere il concetto di servizio offerto dal Sistema


Esempio 1) Cosa succede il PC se con il qualeEsempio 1) Cosa succede il PC se con il qualelavoriamo/giochiamo/comunichiamo tutti i giorni si guasta? E se a guastarsi èil chip di memoria del PC presente nell’ufficio dell’amministratore delegato diuna multinazionale, quali sarebbero le conseguenze?

Esempio 2) Pensiamo ad un guasto nei sistemi di comunicazione presentiin un sottomarino (fino a 50 anni senza fare rifornimento) o su un aereosupersonico (~ 100 CPU). Lo potremmo tollerare?



Esempio 3) E cosa succede se una centrale telefonica urbana vaEsempio 3) E cosa succede se una centrale telefonica urbana vacompletamente fuori servizio?

Esempio 4) Pensiamo ad unguasto nei sistemi dicomunicazione presenti in unsottomarino (fino a 50 annisenza fare rifornimento) o susenza fare rifornimento) o suun aereo supersonico (~ 100CPU). Lo potremmo tollerare?

Esempio 5) Non è finita: è così grave se durante il relax con la fase didecompressione, l’applicazione domotica del tele-wc va fuori servizio?



Esercizio) Ed ora come esercizio, in quali dei sistemi riportati in figura spendereste dei quattrini per garantire l’eccellente funzionalità dell’elettronica presente in ciascuno di essi? l eccellente funzionalità dell elettronica presente in ciascuno di essi?

G

H

M

L

I

Affidabilità e DisponibilitàDefinizioni e

concettiProf. Claudio Cancelli

L’Affidabilità (reliability) è la probabilità che un componente/apparato/sistema esegua correttamente una funzione

per un dato periodo di tempo e in condizioni di funzionamento specificate senza evidenziare alcun malfunzionamento

Esempio) Una rete dati è composta da 5 router; l’affidabilità R(t) di ciascun apparato è uguale a 0 99 in un anno Vuol dire che ciascun apparato funziona

specificate senza evidenziare alcun malfunzionamento

apparato è uguale a 0,99 in un anno. Vuol dire che ciascun apparato funziona correttamente per il 99% del tempo ed è inaffidabile (F(t) = 1- R(t)) per l’1% del suo tempo.

La Disponibilità è è una funzione definita come la probabilità che il sistema non mostri malfunzionamenti nell‘istante in cui gli è

richiesto di operarerichiesto di operare.

La disponibilità (Availability) si differenzia dall'affidabilità poiché quest'ultima è una misura di corretto funzionamento in un intervallo mentre quest ultima è una misura di corretto funzionamento in un intervallo, mentre la disponibilità è una misura di corretto funzionamento ad un dato istante temporale.

Introduzione alle Funzioni di Manutenzione

Affidabilità: Sistemi in serie ed in paralleloDefinizioni e


Sistemi in SerieSistemi in Serie Sistemi in ParalleloSistemi in Parallelo

L’affidabilità totale delsistema è uguale alprodotto delleaffidabilità dei singoli

L’affidabilità totale del sistema è uguale a:

RS(t) = 1 [(1 R1(t))] * affidabilità dei singolicomponenti:

RS(t) = R1(t) * R2(t) * R3(t) *

RS(t) = 1 - [(1-R1(t))] [(1-R2(t))] * ......

Per rendere il sistemanon funzionante si devonoR3(t) …..

e per n elementi uguali:

RS(t) = e –nλt

non funzionante si devonoguastare tutti icomponenti.

All’aumentare deiRS(t) = e

All’aumentare deicomponenti, calal’affidabilità del sistema

All aumentare deicomponenti, aumental’affidabilità del sistema;se il valore ottenuto nonsoddisfa si devono usarel affidabilità del sistema,

per cui, se il valoreottenuto non soddisfa,dobbiamo usarecomponenti di migliore

soddisfa, si devono usarecomponenti di migliorequalità oppure aumentareil numero dei componentiin parallelocomponenti di migliore

qualità o trovare unasoluzione che richiedameno componenti.

in parallelo.


GuastoDefinizioni e


Per guasto si intende l’interruzione Per guasto si intende l interruzione di una o più prestazioni funzionali

offerte da un dispositivo/apparato/sistema.

E dopo aver analizzato gli esempi precedenti, possiamo pervenire ad una considerazione: se il sistema è così fondamentale da dover garantire criteri economici di sicurezza e di affidabilità criteri economici, di sicurezza e di affidabilità

dobbiamo prevedere che la presenza di un guasto non incida sul funzionamento complessivo dell’apparato o del sistema.

Bisognerà quindi dare la giusta importanza al trattamento ed alla loro prevenzione.

Al concetto di guasto è normalmente associato il

SO D

I GU

AST

O

TASSO DI GUASTO λ

definito come il numero di guasti nell’unità di tempo.

La relazione che esiste tra tasso di guasto ed affidabilità

TEMPO

TASS

MORTALITA’INFANTILE

VITAUTILE USURA

La relaz one che es ste tra tasso d guasto ed aff dab l tà risulta:

R(t) = e -λt


Guasto: origine e patologieDefinizioni e


Le cause fenomenologiche che implicanoORIGINEORIGINE

Le cause fenomenologiche che implicano……Guasti fisici (phisical faults ), dovuti a fenomeni fisici avversi;…Guasti causati dall’uomo (human–made faults ), dovuti all’imperfezione umana;

I confini del sistema che implicano…Guasti interni (internal faults ) che sono parti dello stato del sistema che…Guasti interni (internal faults ), che sono parti dello stato del sistema che,

quando richiamate dall’attività di elaborazione, produrranno un errore;…Guasti esterni (external faults ), che derivano dall’interferenza dell’ambientefisico nel sistema (perturbazioni elettromagnetiche, radiazioni, temperatura,vibrazioni etc ) o dall’interazione con l’ambiente umano;vibrazioni, etc.) o dall interazione con l ambiente umano;

La fase di creazione rispetto alla vita del sistema che implica……Guasti di progetto (design faults ), che derivano da imperfezioni che siverificano durante lo sviluppo del sistema o per modifiche successive;

Guasti operativi (operational faults ) che si verificano durante l’uso del…Guasti operativi (operational faults ), che si verificano durante l uso delsistema.

PATOLOGIEPATOLOGIE– Un guasto è attivo (active ) quando produce un errore. Un guasto attivo è o unguasto interno che era in precedenza inattivo (dormant) e che è stato attivato dalprocesso di elaborazione, o un guasto esterno.


ErroreDefinizioni e


Gli errori nei sistemi di calcolo si verificano e possono derivare da specifiche ambigue o incomplete, da errori di progetto, da errori di

programmazione, da errori hardware, da errori di immissione dati o di interpretazione dei risultati

Nei confronti degli errori si usano le tecniche di:

Tecniche di rilevamento dell’errore — error detectionTecniche di rilevamento dell errore — error detectionUna delle tecniche HW abbastanza diffuse consiste nel generare un bit di parità, normalmente associato ad un byte, e rilevarlo a valle rilevando la correttezza o menorilevando la correttezza o meno.

Tecniche di correzione dell'errore — error correctionUna tecnica abbastanza utilizzata durante la trasmissione di Una tecnica abbastanza utilizzata durante la trasmissione di informazioni consiste nell’avere un meccanismo di rilevamento dell'errore che abbia capacità di diagnosi, cioè che sappia indicare il punto in cui si è verificato un errore ed intervenire predicendo il p prisultato.


Relazione tra guasti, errori e malfunzioniDefinizioni e


S t l i dSe un guasto lo possiamo prevedere

.. lo possiamo rimuovere e gestire

È la causa dell’erroreGUASTO (FAULT)GUASTO (FAULT)

ERRORE (ERROR)ERRORE (ERROR)

È la manifestazione del guasto nel sistema(ERROR)(ERROR) g

MALFUNZIONE (FAILURE)

MALFUNZIONE (FAILURE)

È la manifestazione dell’errore sul servizio


Gestione dei guastiRilevazione degli errori e

trattamento del guastoProf. Claudio Cancelli

gLe problematiche che si pongono quando bisogna garantire il

funzionamento del sistema, secondo specifiche atte a garantire la corretta funzionalità, risultano le seguenti

– Prevenzione dai guasti (fault(fault prevention)): comepossono essere prevenute le occorrenze di guasti

TestingQualità

TestingQualità

– Tolleranza ai guasti (fault(fault tolerance)tolerance): come garantireun servizio che si mantenga conforme alle specifiche,nonostante i guasti

SovradimensionamentoDiagnostica

SovradimensionamentoDiagnostica

nonostante i guasti

– Eliminazione del guasto (fault(fault removal)removal): comeridurre l'occorrenza (numero, gravità) dei guasti Debugging HW e SWDebugging HW e SW( g ) g

– Predizione di guasti (fault(fault forecasting)forecasting): come stimareil numero, la frequenza di incidenza, presente e futura, el d i i

Valutazione dei guasti inevitabili

Valutazione dei guasti inevitabili

le conseguenze dei guastinev tab lnev tab l


Tolleranza ai guastiRilevazione degli errori e


g

LA MEMORIA IN CONFIGURAZIONE SIMPLEXLA MEMORIA IN CONFIGURAZIONE SIMPLEX

Esempio 6) Cosa capita se si CPU verifica un guasto in memoria,

oppure un guasto alla CPU? Oppure su uno dei bus di i i i

CPU

interconnessione tra memoria e CPU?

EMEMORIA

Dieci minuti di tempo per pensare…………………………………………………………………………………………

Dieci minuti di tempo per pensare…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………...………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………...………




g

LA MEMORIA IN CONFIGURAZIONE DUPLEXLA MEMORIA IN CONFIGURAZIONE DUPLEX

CPU

BUS ‘B’BUS ‘A’

MEMORIA ‘B’

PWR ‘B’

MEMORIA ‘A’

PWR ‘A’

MEMORIA BMEMORIA A

Le due copie di memoria vengono contemporaneamente scritte (operazione di scrittura) e lette (operazione di lettura)


Configurazione Duplex: dettaglioRilevazione degli errori e


FROM CPU

?WriteO i

ReadO iCPU ? Buffer

BUS ‘A’

BUS ‘B’

BufferOperation

Operation

A.B.BUS ‘A’ BUS ‘B’

D.B.C B

‘A’ ‘B’

PWR ‘A’ PWR ‘B’

C.B.

TO CPU

MEMORIA ‘A’ MEMORIA ‘B’MUX

BUS ‘B’

BUS ‘A’




g

CPU E MEMORIA IN CONFIGURAZIONE DUPLEXCPU E MEMORIA IN CONFIGURAZIONE DUPLEX

PWR ‘A’ CPU PWR ‘B’CPUPWR A

BUS ‘AL’

CPU‘A’

BUS ‘BL’

CPU‘B’

BUS ‘AR’

PWR ‘B’PWR ‘A’

BUS ‘BR’

MEMORIA ‘B’

MEMORIA ‘A’ ‘B’‘A’

Le due copie di memoria vengono contemporaneamente scritte (operazioneLe due copie di memoria vengono contemporaneamente scritte (operazione di scrittura) e lette (operazione di lettura) da una CPU (attiva), l’altra CPU è

in stand-by




g

CPU “A” ATTIVA E MEMORIA IN CPU “A” ATTIVA E MEMORIA IN

PWR ‘A’ CPU

CONFIGURAZIONE DUPLEXCONFIGURAZIONE DUPLEX

PWR ‘B’CPUPWR A

BUS ‘AL’

CPU‘A’

BUS ‘BL’

CPU‘B’

BUS ‘AR’


BUS ‘BR’

MEMORIA ‘B’


Le due copie di memoria vengono contemporaneamente scritte (operazioneLe due copie di memoria vengono contemporaneamente scritte (operazione di scrittura) e lette (operazione di lettura) da una CPU (“A” attiva), l’altra

CPU (B) è in stand-by


Controllo degli erroriRilevazione degli errori e


CPU ‘A’CPU A μP

P.I.C.

INT

DPL= 1 D.B. = F0F43

33

DPH= 0PWR ‘A’

INTMA

MEMORIA ‘A’Il controllore di

ità llparità sulla memoria “A”

rileva un errore sul byte alto del

DB

DPH_ER Alarm Register

DB


Introduzione alla manutenzioneRilevazione degli errori e


Per manutenzione si intende l'insieme di azioni che permette di mantenere o di ristabilire un apparato/sistema/dispositivo in uno

stato tale da assicurare il servizio specificatostato tale da assicurare il servizio specificato.

Teniamo presente che la manutenzione ha normalmente impatto sulle aree:T iT i l d d ll Tecnica:Tecnica: per la conoscenza necessaria dei sistemi da controllare, ...;Economica:Economica: per le previsioni di investimenti, per i budget di spesa, ...;Organizzativa:Organizzativa: per la gestione lavoro per la definizione Organizzativa:Organizzativa: per la gestione lavoro, per la definizione

dell’organigramma, ….


Introduzione alla manutenzioneRilevazione degli errori e


Consiste nel determinare le cause degli errori, sia in termini di locazione che di naturadel guasto. I programmi di diagnostica utilizzano normalmente registri di I/O nonmappati in memoria.mappati in memoria.

Consiste nell’attivare il programma di diagnostica opportuno al fine di isolare il guasto,porre l’unità identificata guasta fuori servizio e procedere con l’eliminazione del guastoporre l unità identificata guasta fuori servizio e procedere con l eliminazione del guasto.Infine se il sistema non è più in grado di fornire il servizio precedentemente offerto,viene attivato il processo di riconfigurazione con lo scopo di ripristinare il servizio.

Consiste nello schedulare il programma di diagnostica per prevenire un disservizio.L’obiettivo è identico a quello della manutenzione correttiva. Lo stesso programma did ò h d l l ddiagnosi può essere schedulato per la manutenzione preventiva od attivatodall’operatore ed utilizzato per la manutenzione correttiva.

Gli interventi di manutenzione sono subordinati al rilievo del raggiungimento di unasoglia di probabilità del verificarsi di un guasto o malfunzionamento.


Diagnosi del guastoRilevazione degli errori e


Mask INTMA

Guasto

Task 1

Mask INT

Task 2

INTMA

Remove k INT

Task 3Interrupt routine

Remove mask INTMAmask INT INTMA

Istante in cui il guasto

USER PROGRAM

Istante in cui il guasto provoca l’errore

DPH-ER INTERRUPT HANDLER

Il S.O. consente il

i

riconoscimento dell’Interrupt

i + 1


Il Loop-Back registerRilevazione degli errori e


1st Operation

μPRead OperationWrite Operation Read Operation

Loop-Back Register #1

Write Operation

D B = 0000D B = 0000 D.B. = 0000

EXOR (0000 0000) 0000

D.B. = 0000

EXOR (0000, 0000) = 0000




2nd Operation

μPRead OperationWrite Operation


Read OperationWrite Operation

D B = FFFFD B = FFFF D.B. = FFFF

EXOR (FFFF FFFF) 0000

D.B. = FFFF

EXOR (FFFF, FFFF) = 0000




2nd Operation

μPRead OperationWrite Operation Read Operation


Write Operation

D B = F7FFD B = FFFF D.B. = F7FF

EXOR (FFFF F7FF) 0800

D.B. = FFFF

EXOR (FFFF, F7FF) = 0800

Bit 11 DB Faulty


RiconfigurazioneRilevazione degli errori e


g

CPU “A” ATTIVA RILEVA GUASTO IN MEMORIA “A”CPU “A” ATTIVA RILEVA GUASTO IN MEMORIA “A”

PWR ‘A’ CPU PWR ‘B’CPUPWR A

BUS ‘AL’

CPU‘A’

BUS ‘BL’

PWR BCPU‘B’

Out of ServiceOut of Service

BUS ‘AR’


BUS ‘BR’

ServiceService

MEMORIA ‘B’


CPU “A” continua a restare attiva e lavora solo con la MEMORIA “A”


RiconfigurazioneRilevazione degli errori e


g

CPU “A” ATTIVA RILEVA ERRORE IN CPU”A”CPU “A” ATTIVA RILEVA ERRORE IN CPU”A”

PWR ‘A’ CPU PWR ‘B’CPU

Out of ServiceOut of Service

BUS ‘AL’

PWR A CPU‘A’

BUS ‘BL’

PWR BCPU‘B’

BUS ‘AR’


BUS ‘BR’

MEMORIA ‘B’

MEMORIA ‘A’

MEMORIA ‘A’ ‘B’‘A’A

Segue le switch della CPU: la “B” da stand-by diventa attiva e continua a lavorare con le memorie in configurazione duplex.


Grazie per l’attenzioneGrazie per l attenzione

introduzione alle funzioni di manutenzione - slide

Education