JPH1185560A - マイコンボード自己診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造直後もしくは製品出荷後にプリント基板
の故障を高い信頼度で発見することのできるプリント基
板の自己診断装置を提供する。 【解決手段】 ＣＰＵの内部ＲＯＭ内に診断プログラム
を格納し、外部バス上の故障の影響を受けることなく診
断プログラムを正常に実行でき、診断結果を発光素子へ
モールスコードの点灯で示すことのできるマイコンボー
ド自己診断装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＲＯＭとＲＡＭを
チップ内に内蔵するＣＰＵを利用したプリント基板の自
己診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板の動作の検査方法として
は、従来次のような技術が使われている。

【０００３】(1) インサーキット・テスタによる自動診
断 製造するプリント基板上にあらかじめ、テストパッドと
呼ばれる電気信号の引き出し用パターンを用意してお
き、インサーキットテスタが、電圧を入力するテストパ
ッドに金属ピンを当てて、テスト用電圧のパターンを与
え、それに対し出力となるテストパッドに期待する電圧
値が得られるかをテストする。

【０００４】(2) 光学的反射を画像処理する装置 はんだのつき具合を光の反射状態から画像処理により正
常にはんだづけされているかどうかを試験する装置があ
る。

【０００５】(3) システムプログラムの自己診断プログ
ラムによる試験 電源ＯＮ時に実行するシステムプログラム中の自己診断
プログラムまたは、診断専用のプログラムにより診断を
実行する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前に述べた従来の技術
によれば、次のような問題がある。

【０００７】(1) インサーキット・テスタによる自動診
断の問題 論理が複雑になる順序回路を持つＰＡＬやＬＳＩは、テ
ストベクトルの作成が困難、またはインサーキットテス
タそのものや、市販のＬＳＩテスト用ライブラリデータ
は、極めて高額となる。さらに、試験対象となるデバイ
ス以外の同一信号線上に接続されるすべての外部ＩＣ類
が、当該信号線上で、ハイインピーダンス状態になれる
機能を持たないと、試験対象となるＩＣ・ＬＳＩその他
の部品の正確な出力電圧を得ることができない。このた
め、正しい診断結果が得られない。また、表面実装基板
の実装密度を高めるためには、テストパッドの数を限定
しなければならず、全部品の動作試験を実施することは
できないという制限も加わる。

【０００８】(2) 光学的反射を画像処理する装置 この方法は、正常にはんだづけされているか否かをプリ
ント基板の反射光の光度やその分布面積から判断する画
像処理アルゴリズムと考えられるが、実際に運用する
と、正常にはんだづけされているものまで、はんだづけ
不良と判断してしまう。誤認識率が高く製造の後工程に
人間によるチェック作業を生じ、製造コストを増大させ
てしまう。

【０００９】(3) システムプログラムの自己診断プログ
ラムによる試験 従来のマイコン基板では、ＣＰＵとそのプログラムを格
納するメモリが、プリント基板上のバスで接続される。
しかし、製造直後のプリント基板では、バス上にブリッ
ジなどのショートや素子不良、接触不良が一個所でもあ
ると、診断プログラムのフェッチのメモリ読み出しなど
が正常に動作せず、プログラムが暴走し、診断不能に陥
る。

【００１０】上記にあげた、診断方式はいずれも、量産
される高密度配線のプリント基板の故障を正確に検出し
たり、故障位置を特定することが大変困難である。本発
明は、この問題を大きく改善し、故障検出と、故障位置
の特定を容易化させるものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前に述べた課題を解決す
るため、本発明は次の手段を持つ。

【００１２】(1) ＣＰＵチップ内部に、プログラムおよ
びデータを格納するＲＯＭと、プログラム実行に参照ま
たは設定を行うデータを格納するＲＡＭを内蔵し、かつ
外部バスのプリント基板の接続ピンをハイインピーダン
ス状態にしてプリント基板側バスとの電気的接続を切る
ことのできるアドレスバス、データバス・バッファ回路
を内蔵し、ＣＰＵチップに電源が供給され、ＣＰＵリセ
ット信号が解除されれば、ＣＰＵチップ単独で、内部Ｒ
ＯＭプログラムを実行できるＣＰＵ（マイコン）。

【００１３】(2) ＣＰＵ内部の内蔵ＲＯＭ内に記憶され
るボードの自己診断を実行するプログラム実行コード。

【００１４】(3) スイッチとその１端子をグランド側
に、もう１端子をプルアップ抵抗を介して、Ｖccライン
（５Ｖ）に接続し、当該スイッチの非グランド側端子を
ＣＰＵの読み取れる入力ポートの１端子に接続し、ＣＰ
Ｕ内部ＲＯＭプログラムによるボード自己診断モード
と、システムプログラム動作モードの切替えを指定でき
るプログラム動作切替え回路。

【００１５】(4) ＣＰＵの出力ポートの１端子の電圧出
力のＨ／Ｌ（High/Low）をＣＰＵのプログラム制御によ
り変化させ、バッファアンプを介して接続されたＬＥＤ
の点灯、消灯を実行する回路。

【００１６】(5) ＣＰＵ内部ＲＯＭ中の診断プログラム
中に、診断結果をモールスコードにエンコードしたHigh
/Low信号としてＣＰＵ出力ポートに出力するエンコード
プログラム。

【００１７】(6) ＣＰＵのリセット端子にリセット解除
パルス信号が到着時に発光素子を点灯させるためのフリ
ッププロップを使用した回路とそれに接続される発光素
子。

【００１８】(7) ＣＰＵのリセット端子電圧のHigh/Low
状態をHigh状態で、発光素子点灯、Low状態で発光素子
消灯とできる、発光素子表示用バッファアンプとそれに
接続される発光素子。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。

【００２０】最初に図１を用いて、本発明のハードウェ
ア回路構成について説明する。ＣＰＵ１は、内部にＣＰ
Ｕコア２、内部ＲＯＭ３、内部ＲＡＭ４、Ｉ／Ｏポート
インタフェイス(ＩＦ)回路９、アドレスバス、データバ
ス・バッファ回路６、ＣＰＵコアの発生するアドレスの
ベクトル値をデコードして、アドレスバス、データバス
・バッファ回路のゲート開閉信号を発生するアドレスデ
コーダ５を内蔵し、それぞれ内部バス８でチップ内で接
続配線されている。また、リセット信号バッファ回路１
８は、ＣＰＵ１へのプログラム開始指示信号であるリセ
ット信号を入力し、ＣＰＵコア２へその信号を伝達す
る。ここで、リセット信号バッファ回路１８は、本回路
を通過させることで、過電圧によるＣＰＵコア２の電気
的破壊の防止もかねる。

【００２１】アドレスバス、データバス・バッファ回路
６は、ＣＰＵコア２が図示していない内部レジスタ、内
部ＲＡＭ，内部ＲＯＭのアドレス空間をアクセス時に、
アドレスデコーダのゲート信号がＯＦＦになり、外部ア
ドレスバス２３及び外部データバス２４に対してハイ・
インピーダンス状態になり、ＣＰＵが外部バスと電気的
に切断された状態になり、外部バス上のデバイスのアド
レス空間をアクセス時に、アドレスデコーダのゲート信
号がＯＮとなり、外部バスをＣＰＵに電気的に接続され
た状態にする。

【００２２】Ｉ／ＯポートＩＦ回路９は、ＣＰＵ１のＩ
／Ｏ入出力をＣＰＵ外部端子へ出力するためのものでこ
こでは１ポート１０をスイッチ２９の状態入力用に、１
ポート１１を発光素子であるＬＥＤ１３発光の出力用に
利用する。

【００２３】外部ＲＯＭ２０は、ＣＰＵ１の外部バス上
に接続され、システムプログラムを格納し、外部ＲＡＭ
２１は、ＣＰＵ１の外部バス上に接続され、内部ＲＯＭ
３のプログラムまたは外部ＲＯＭ２０のプログラム実行
時に、読み書きされる。外部バス上には、外部バス上に
多数の各種ＬＳＩ、ＩＣ等２２の部品が配線接続され
る。

【００２４】次に本実施例の診断プログラムの動作につ
いて説明する。

【００２５】本診断プログラムの実行手順は、図２のよ
うに大きく分けて二つの手順からなる。

【００２６】(1)ＣＰＵ内部診断 リセット解除信号の直後、アドレスバス、データバス・
バッファ回路６をハイインピーダンス状態にて、ＣＰＵ
内部診断を実行する。

【００２７】(2) ＣＰＵ外部診断 (1)のＣＰＵ内部診断を実行後に、アドレスバス、デー
タバス・バッファ回路６のゲートが電気的に接続された
状態にて、外部バス上に接続されたＲＡＭ２０、その他
各種ＬＳＩ、ＩＣ２２のＣＰＵ外部診断を実行する。

【００２８】上記診断プログラムは、ＣＰＵ内部ＲＯＭ
３に格納され、また、同ＲＯＭ内には、実行する診断テ
ストの項目に対応させて、その処理手続きのアドレスを
格納したポインタテーブルをそれぞれ、ＣＰＵ内部診断
手続きポインタテーブル、ＣＰＵ外部デバイス診断手続
きポインタテーブルとして格納する。

【００２９】ＣＰＵ内部診断ポインタテーブルには、先
頭よりＣＰＵ内部レジスタテスト、ＣＰＵ演算ユニット
テスト、内部ＲＯＭチェックサムテスト、ＣＰＵ内部Ｒ
ＡＭ書き込み／読み出しテスト、その他、ＣＰＵ内部動
作の診断を実行する手続きのアドレスが格納され、テー
ブル最後にテーブルの終了を示す値０を格納する。

【００３０】ＣＰＵ外部デバイス診断手続きポインタテ
ーブルには、先頭よりデータバステスト、アドレスバス
テスト、外部ＲＡＭ書き込み／読み返しテスト、外部Ｒ
ＯＭチェックサムテスト、各種ＬＳＩのレジスタ書き込
み／読み返しテスト、その他必要な診断手続きの先頭ア
ドレスが格納され、テーブル最後にテーブルの終了を示
す値０を格納する。

【００３１】診断プログラムの実行手順の詳細を図３の
フローチャートにより説明する。

【００３２】リセットが解除されると、ＣＰＵは定めら
れたアドレスより内部ＲＯＭに格納されたプログラムコ
ードの実行を開始する。ＣＰＵ内部の各種の制御レジス
タの初期設定(ステップ010)終了後、ＬＥＤの出力ポー
トを０にしＬＥＤ１３をＯＦＦ状態にする(ステップ02
0)。次に内部ＲＡＭに用意したテスト番号を示す変数の
初期値を０に設定し(ステップ030)、指定されたテスト
番号の示す診断プログラムを実行するループに入る。本
ループにはいると、各テスト開始前に、各テストの開始
を示す「Ｉ」をモールスコード・・でＬＥＤ表示する
(ステップ040)。「Ｉ」はＣＰＵ内部診断であることを
意味するのと、各テスト項目の開始の分離認識のための
コードと定めている。「Ｉ」に続き、テスト番号の数字
をモールスコードでＬＥＤ表示する(ステップ050)。例
えば、数字のモールスコードは、１ならば・−−−−、
２ならば・・−−−というように電信による電気通信に
国際標準として使用されてきたものである。

【００３３】テスト番号をＬＥＤでモールスコードとし
て表示した後に、実際にそのテスト番号に対応するアド
レスの手続きを、ＣＡＬＬする(ステップ060)。ＣＡＬ
Ｌされたテスト手続きは、その実行結果をコード化して
出力してくる。そのコード化した出力を診断結果とし
て、ＬＥＤにてモールスコードとして点灯させる。この
時、エラーがなければ正常(Normal)として「Ｎ」−・を
点灯させる(ステップ080)。もしエラーが発生すれば当
該エラーコード情報をモールスコードとしてＬＥＤ表示
し(ステップ110)、ＣＰＵのプログラム実行を停止する
(ステップ120)。ここで、エラーが発生していなけれ
ば、さらに次のテストに進むためテスト番号を＋１加算
する(ステップ090)。ここで、テスト番号に対応するポ
インタテーブルの内容が値０であれば、ＣＰＵ内部テス
トを終了し、次のＣＰＵ外部診断であるステップ130へ
進む。ポインタテーブルの内容が値０でなければ、その
アドレスのテスト手続きを実行するためにステップ040
へ戻りループする。

【００３４】ＣＰＵ内部診断を正常終了すると、ＣＰＵ
外部診断へ処理が進む。

【００３５】ＣＰＵ外部診断の実行手順(ステップ130)
〜(ステップ200)は、ＣＰＵ内部診断時と同様のアルゴ
リズムであり、テスト番号に対応した診断手続きを順番
に実行してゆく。アルゴリズムの相違点は、呼び出す診
断手続きのアドレスの参照が、ＣＰＵ外部診断手続きポ
インタテーブルを使用することと、各テスト番号のＬＥ
Ｄ点灯前に、「Ｉ」 ・・ ではなく、「Ｘ」 −・・−
を点灯し、ＣＰＵ内部診断とＣＰＵ外部診断を区別して
いる。ＣＰＵ外部診断でのハードウェア的動作の特徴
は、ＣＰＵ内部診断では、ＣＰＵ内部アドレス空間のア
クセスのため、アドレスバス、データバス・バッファ回
路６のゲートが開かなかったのに対し、ＣＰＵ外部診断
では、ＣＰＵ外部アドレス空間のアクセスのため、アド
レスバス、データバス・バッファ回路６のゲートが開
き、外部バス上へのデバイスへのアクセスが実行される
ことである。このＣＰＵ外部診断方式によれば、診断プ
ログラムは、ＣＰＵ内部ＲＯＭ３にあり、この中から命
令がフェッチされて実行されるので外部バス上に故障が
存在したとしても、プログラムが暴走してしまうことは
なく、診断プログラムそのものは正常に走行し、何のテ
スト項目で何のエラーが発生したかを正しく検出でき
る。

【００３６】一連のＣＰＵ外部診断がすべて正常に終了
した場合は、スイッチ２９状態を入力ポートより読んで
(ステップ230)、ボード単体の自己診断モードの設定で
あれば、最初の(ステップ010)へ戻り、診断を繰り返
す。スイッチ状態が、システム動作モードであれば、外
部ＲＯＭのシステムプログラムのアドレスへＪＵＭＰす
る(ステップ240)。この時は、外部バス上のデバイスの
診断が終了している条件なので、高い信頼で、システム
プログラムを動作させることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の効果としては、次の効果があ
る。

【００３８】(1) ＣＰＵ外部バスまたはその上のデバイ
ス上に故障があっても、診断プログラムが暴走すること
なく走行し、高信頼で故障を検出できる。

【００３９】(2) 表面実装方式など特に実装密度の高い
プリント基板では、テストパッドが十分にとれないため
に、インサーキットテスタで発見できないハードウェア
故障を検出できる。

【００４０】(3) プリントボード自身が、単独で診断機
能を実行できるので、外部に検査装置を接続する必要が
ない。単に電源を供給するだけの環境でよく、試験方法
も単に電源投入だけで操作も容易である。

【００４１】(4) 診断機能をソフトウェアで実現してい
るので、診断装置として極めてコストが低い。

【００４２】(5) 高信頼の診断が実行できるので、特に
実装密度の高いプリント基板を製造する現場での生産コ
ストと製造期間の短縮に貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による診断装置のハードウェア構成を
示すブロック図である。

【図２】 診断手続きのポインタテーブルの概念図であ
る。

【図３】 本発明の診断プログラムのアルゴリズムを示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１・・・ ＣＰＵ、２・・・ ＣＰＵコア、３・・・ 内部ＲＯＭ、
４・・・ 内部ＲＡＭ、５・・・ アドレスデコーダ、６・・・ ア
ドレスバス、データバス・バッファ回路、７・・・ ゲート
信号線、８・・・ ＣＰＵ内部バス、９・・・ Ｉ／Ｏポートイ
ンタフェイス（ＩＦ）回路、１０・・・ 入力ポート、１１
・・・ 出力ポート、１２、２５・・・ バッファアンプ、１３
・・・ ＬＥＤ（診断結果表示用）、１４〜１７・・・ プルア
ップ抵抗、１８・・・ リセット信号バッファ回路、１９・・
・ リセット信号線、２０・・・ 外部ＲＯＭ、２１・・・ 外部
ＲＡＭ、２２・・・ 外部バス上の各種ＬＳＩまたはＩＣ
類、２３・・・ ＣＰＵ外部アドレスバス、２４・・・ ＣＰＵ
外部データバス、２６・・・ フリップフロップ回路、２７
・・・ ＬＥＤ（リセットパルス検出用）、２８・・・ ＬＥＤ
（リセット信号線状態表示用）、２９・・・ 診断モード／
システム動作モード切替えスイッチ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＰＵと入力／出力ポートとリセット端
   子を搭載するマイコンボードにおいて、ＣＰＵ内部にボ
   ード単体でのハードウェア診断を実行するプログラムお
   よびデータを内蔵し、ＣＰＵと外部バスとの接続をハイ
   インピーダンス状態として電気的に切り離すバス接続機
   構を設け、外部バス上のショートや外部デバイスの接触
   不良やデバイス素子不良の影響を受けずにマイコン内部
   の診断プログラムを走行させることを特徴とするマイコ
   ンボード自己診断装置。
2. 【請求項２】 ＣＰＵの入力ポートに切り替えスイッチ
   を接続し、プログラムにより読み出された切り替えスイ
   ッチの切り替え情報により、ボード自己診断モードとシ
   ステムプログラム動作モードのプログラム動作を切り替
   えることを特徴とする請求項１記載のマイコンボード自
   己診断装置。
3. 【請求項３】 診断項目と診断の結果を、プログラム制
   御によりマイコンの出力ポート端子にコード化してＨ／
   Ｌのパルス信号で出力し、この電圧制御により発光素子
   を点滅させることを特徴とする請求項１記載のマイコン
   ボード自己診断装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、診断の項目と結果に
   対する結果のエラーコードをモールスコードによる光の
   点滅により表示したことを特徴とするマイコンボード自
   己診断装置。
5. 【請求項５】 マイコンのリセット入力端子に、フリッ
   プフロップと発光素子を接続し、リセットパルス信号が
   きた場合に発光により確認し、またリセット端子にバッ
   ファアンプを介してその出力に発光素子を接続し、リセ
   ット信号線の電圧のＨ／Ｌ状態を発光により判別するこ
   とを特徴とする請求項１記載のマイコンボード自己診断
   装置。