Тестовое оборудование как средство обратного проектирования
Алексей Зайцев, руководитель направления тестового оборудования компании «Диполь»
az@dipaul.ru
В мае 1947 года свой первый полет совершил новейший советский стратегический бомбардировщик ТУ-4. Созданный в кратчайшие сроки, он стал локомотивом для нескольких отраслей советской промышленности, а некоторые вообще обязаны ему своим рождением. Не будет преувеличением сказать, что над созданием этого самолета работала вся страна. Чтобы понять, насколько масштабную перестройку пришлось пережить отечественной промышленности, достаточно вспомнить, что «благодаря» разработке ТУ-4 в стране фактически появилось отсутствовавшее до этого производство пластмасс. Целые сектора народного хозяйства переводились на новые технологии — от легкой промышленности до тяжелого машиностроения. Переписывались существующие нормативы, появлялись новые ГОСТЫ, и все это ради одного изделия.
Вообще же термин «разработка» в данном случае не совсем применим. В реальности ТУ-4 стал результатом масштабной работы, которую теперь принято называть «обратным проектированием». Проще говоря, советский самолет стал результатом почти полного копирования американского бомбардировщика B-29. Сделано это было, как гласит легенда, по личному приказу Иосифа Сталина. Стало ли катализатором процесса именно это, или же сам метод «обратного проектирования» доказал в данном случае свою состоятельность — история умалчивает. Однако сложнейший комплекс работ был завершен в небывало короткие сроки: создание сверхсложного самолета заняло всего два года.
От исторических свершений перейдем в день настоящий. Примеров «обратного проектирования» на каждом шагу пруд пруди. Прежде всего, конечно, на виду у всех «трудовые подвиги» китайских производителей. Товарищи из Китая без стеснения применяют данные методы проектирования, не особенно скрываясь, и демонстративно не замечая протестов всего остального мира. Тут вам и копии породистых британских Range Rover по цене «Лады Приора», и целая плеяда «собственных» китайских разработок, до боли напоминающих iPhone.
Но это, скорее, негативные примеры, больше имеющие отношение к промышленному воровству, нежели к какому-либо проектированию.
Обратное проектирование (reverse engineering), особенно в сфере электроники, в действительности весьма серьезный инструмент разработки. Зачастую, единственный.
Вот простой пример, весьма актуальный для многих российских предприятий, в особенности работающих в оборонной тематике. Какое-то время назад (предположим, в 80-е годы прошлого века, а, может, и раньше) предприятие выпустило партию электронных модулей. Эти изделия, в соответствии с их предназначением, были отправлены заказчику (допустим, для использования на кораблях ВМФ) и добросовестно служили на протяжении нескольких десятков лет. Постепенно эти модули выходили из строя и заменялись исправными из комплектов ЗИП. Разумеется, со временем запас ЗИП истощился, и вся партия изделий вернулась на предприятие для диагностики и ремонта. И вот тут выясняется, что времени прошло много, часть документации утеряна при переезде несколько лет назад, людей, которые разрабатывали эти блоки, уже нет на предприятии, а тех компонентов, которые использовались для изготовления этих блоков, уже не найти (элементная база изменилась кардинально). В итоге имеем весьма нетривиальную задачу для инженерно-технической службы предприятия. Чтобы локализовать неисправности и понять их причины, необходимо точно представлять принцип работы изделия. Вот здесь и выходит на сцену метод обратного проектирования. Имея готовый электронный модуль, необходимо восстановить хотя бы часть документации на него: электрическую схему, топологию, перечни элементов, карты режимов работы и т.д.
Это всего лишь один из примеров, когда обратное проектирование может быть применено. В некоторых случаях альтернатива ему отсутствует.
Как и любые инженерные изыскания, обратное проектирование может осуществляться различными методами, отличающимися степенью автоматизации. Если обычное, «прямое» проектирование — это путь от программно-документальной стадии до аппаратной, то проектирование обратное начинается со стадии готового изделия. Время, за которое будет проделана эта работа, а так же ее эффективность напрямую зависят от того, насколько велика степень автоматизации процесса. Здесь можно провести аналогию с прямой разработкой электрической схемы устройства: можно считать все его каскады вручную, а можно использовать системы автоматизированного проектирования (САПР), которые позволяют ускорить данный процесс многократно.
В обратном проектировании — та же ситуация. Только инструменты, позволяющие автоматизировать и ускорить процесс проектирования, носят аппаратный, а не программный характер. Проще говоря, это не САПР, это оборудование.
Специального оборудования, предназначенного исключительно для осуществления обратного проектирования нет (во всяком случае, в области разработки и производства радиоэлектроники). Однако под эти задачи вполне подходят автоматизированные средства контроля, диагностики и тестирования. К примеру, для повторения топологии имеющейся печатной платы в ряде случаев может быть использована установка рентгеновского контроля с возможностью послойного анализа печатных плат.
Но полную информацию об электронном модуле одна лишь топология дать не может. Другое дело — электрическая принципиальная схема, которая является конечной целью обратного проектирования электронных устройств. Именно расчет схемы съедает львиную долю времени на этапе разработки. И как раз в этой работе наиболее целесообразно применение автоматизированных методов. Большим подспорьем здесь станет применение систем с «летающими щупами» (flying probes), которые имеют возможность обратного проектирования. Стоит упомянуть, что системы с «летающими щупами» — это оборудование, предназначенное, в первую очередь, для тестирования печатных узлов, поэтому далеко не всех производители подобных установок оснащают их функционалом для обратного проектирования, так как это требует создания дополнительных программных модулей и средств обработки информации. Однако некоторые прямо декларируют возможность использования своих систем для таких задач. Одни из лидеров в этом направлении — японский производитель TAKAYA. Именно эти системы используются на большинстве европейских предприятий, специализирующихся на обратном проектировании электронных систем.
Если рассматривать системы TAKAYA с точки зрения инструмента обратного проектирования, то их явным преимуществом являются программные модули, специально созданные под эти специфические задачи. Вкупе с высокоточной оптической системой и прецизионной системой тестовых щупов, это позволяет «снимать» электрическую схему с готовой платы с минимальными затратами по времени. Интеллектуальная система анализа входных данных позволяет «распознавать» информацию о цепях, соединениях, связях, «снимаемых» с печатных плат, а так же считывать информацию об установленных на них компонентах, вплоть до режимов их работы.
Но, вопреки восторженным ожиданиям, на практике процесс обратного проектирования в любом случае требует квалифицированного участия разработчика. Превращение данных, полученных при помощи системы с «летающими щупами», в полноценную схемную документацию требует их детального анализа и адаптации. Можно сказать, что при помощи APT-1400F можно получить качественную заготовку для дальнейших изысканий, а финальная стадия работы все же ложится на плечи специалиста. Однако применение автоматизированных методов разработки, одним из которых является TAKAYA APT-1400F с возможностью обратного проектирования, помогает в разы сократить временные затраты и повысить точность финальных расчетов.
