محلل منطقي

محلل المنطق هو جهاز إلكتروني يلتقط ويعرض إشارات منطقية متعددة من نظام رقمي أو دائرة رقمية . يمكن لمحلل المنطق تحويل الإشارات الملتقطة إلى مخططات زمنية ، أو فك تشفير البروتوكولات، أو تتبعات آلة الحالة ، أو رموز العمليات ، أو ربط رموز العمليات ببرمجيات مستوى المصدر. يتمتع محلل المنطق بقدرات تشغيل متقدمة، وهو مفيد عندما يحتاج المستخدم إلى رؤية العلاقات الزمنية بين العديد من الإشارات في نظام رقمي. ^{[ 1 ]}

يوجد حاليًا في السوق ثلاث فئات متميزة من أجهزة تحليل المنطق:

• تتكون أجهزة تحليل المنطق المعيارية من هيكل رئيسي ووحدات تحليل منطقي. ^{[ 2 ]} يحتوي الهيكل الرئيسي على شاشة العرض، وأجهزة التحكم، وحاسوب التحكم، وفتحات متعددة تُثبّت فيها أجهزة التقاط البيانات. لكل وحدة عدد محدد من القنوات، ويمكن دمج عدة وحدات للحصول على عدد كبير جدًا من القنوات. على الرغم من أن أجهزة تحليل المنطق المعيارية عادةً ما تكون أغلى ثمنًا، إلا أن إمكانية دمج عدة وحدات للحصول على عدد كبير من القنوات، والأداء العالي عمومًا، غالبًا ما يبرر هذا السعر. بالنسبة لأجهزة تحليل المنطق المعيارية المتطورة جدًا، غالبًا ما يتعين على المستخدم توفير حاسوبه المضيف الخاص أو شراء وحدة تحكم مدمجة متوافقة مع النظام. ^{[ 3 ]}

• أجهزة تحليل المنطق المحمولة ، ^{[ 4 ]} والتي يُشار إليها أحيانًا بأجهزة تحليل المنطق المستقلة. تدمج هذه الأجهزة جميع المكونات في حزمة واحدة، مع خيارات مُثبّتة مسبقًا في المصنع. ورغم أن أداء أجهزة تحليل المنطق المحمولة أقل عمومًا من نظيراتها المعيارية، إلا أنها تُستخدم غالبًا لأغراض تصحيح الأخطاء العامة من قِبل المستخدمين الذين يُراعون التكلفة.
• أجهزة تحليل الإشارات المعتمدة على الحاسوب الشخصي . يتصل الجهاز بالحاسوب عبر منفذ USB أو إيثرنت ، وينقل الإشارات الملتقطة إلى البرنامج المثبت على الحاسوب. تتميز هذه الأجهزة بصغر حجمها وانخفاض تكلفتها، لأنها تستخدم لوحة المفاتيح والشاشة والمعالج الموجودة في الحاسوب.

يمكن تشغيل محلل المنطق بناءً على تسلسل معقد من الأحداث الرقمية، ثم التقاط كمية كبيرة من البيانات الرقمية من النظام قيد الاختبار (SUT).

عندما بدأت أجهزة تحليل المنطق بالظهور، كان من الشائع توصيل مئات "المشابك" بالنظام الرقمي. لاحقًا، استُخدمت موصلات متخصصة. وقد أدى تطور مجسات تحليل المنطق إلى تصميم موحد يدعمه العديد من الموردين، مما يوفر مزيدًا من المرونة للمستخدمين النهائيين. ومنذ طرحها في أبريل 2002، أصبحت تقنية الاتصال بدون موصلات (المعروفة بأسماء تجارية خاصة ببعض الموردين: Compression Probing، Soft Touch، D-Max) شائعة. توفر هذه المجسات اتصالًا ميكانيكيًا وكهربائيًا متينًا وموثوقًا بين المجس ولوحة الدائرة، مع تحميل أقل من 0.5 إلى 0.7 بيكوفاراد لكل إشارة.

بعد توصيل المجسات، يقوم المستخدم ببرمجة المحلل بأسماء كل إشارة، ويمكنه تجميع عدة إشارات معًا لتسهيل التعامل معها. بعد ذلك، يتم اختيار وضع الالتقاط، إما وضع "التوقيت"، حيث تُؤخذ عينات من إشارات الإدخال على فترات منتظمة بناءً على مصدر ساعة داخلي أو خارجي، أو وضع "الحالة"، حيث تُعرَّف إشارة واحدة أو أكثر على أنها "ساعات"، وتُؤخذ البيانات عند الحواف الصاعدة أو الهابطة لهذه الساعات، مع إمكانية استخدام إشارات أخرى لتحديد هذه الساعات.

بعد اختيار الوضع، يجب تحديد شرط التشغيل . يمكن أن يتراوح شرط التشغيل من البسيط (مثل التشغيل عند الحافة الصاعدة أو الهابطة لإشارة واحدة) إلى المعقد للغاية (مثل تهيئة المحلل لفك تشفير المستويات العليا من حزمة بروتوكولات TCP/IP والتشغيل عند حزمة HTTP معينة).

في هذه المرحلة، يقوم المستخدم بضبط المحلل على وضع "التشغيل"، إما عن طريق التشغيل مرة واحدة، أو التشغيل بشكل متكرر.

بمجرد جمع البيانات، يمكن عرضها بعدة طرق، بدءًا من البسيطة (عرض أشكال الموجات أو قوائم الحالة) وصولًا إلى المعقدة (عرض حركة مرور بروتوكول إيثرنت بعد فك تشفيرها). كما يمكن لبعض أجهزة التحليل العمل في وضع "المقارنة"، حيث تقارن كل مجموعة بيانات تم جمعها بمجموعة بيانات مسجلة مسبقًا، وتوقف عملية الجمع أو تُعلم المشغل بصريًا عند تطابق مجموعة البيانات أو عدم تطابقها. يُعد هذا مفيدًا للاختبارات التجريبية طويلة الأمد. ويمكن ضبط أجهزة التحليل الحديثة لإرسال نسخة من بيانات الاختبار إلى المهندس عبر البريد الإلكتروني عند نجاح عملية التفعيل.

تُجرى محاكاة للعديد من التصاميم الرقمية، بما في ذلك تصميمات الدوائر المتكاملة ، للكشف عن العيوب قبل تصنيع الوحدة. وعادةً ما توفر المحاكاة شاشات عرض لتحليل المنطق. في كثير من الأحيان، يتم التحقق من صحة المنطق المنفصل المعقد عن طريق محاكاة المدخلات واختبار المخرجات باستخدام مسح الحدود . يمكن لمحللات المنطق الكشف عن عيوب الأجهزة التي لا تظهر في المحاكاة. عادةً ما تكون هذه المشكلات صعبة للغاية بحيث لا يمكن نمذجتها في المحاكاة، أو تستغرق وقتًا طويلاً جدًا في المحاكاة، وغالبًا ما تمتد عبر نطاقات تردد متعددة.

أصبحت مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة الميدانية نقطة قياس شائعة لأجهزة تحليل المنطق، كما أنها تستخدم لتصحيح أخطاء الدائرة المنطقية.

تُعدّ أجهزة تحليل المنطق مفيدة للغاية في تحليل البروتوكولات التسلسلية، مثل I2C و SPI و UART ، إذ تُمكّن من التقاط تسلسلات منطقية طويلة تُظهر إطار اتصال واحد أو عدة إطارات. عادةً، يقوم برنامج تحليل المنطق أيضًا بتفسير طبقة البروتوكول، مما يُسهّل عملية تصحيح أخطاء البرامج الثابتة.

مع ظهور الحوسبة الرقمية والدوائر المتكاملة في ستينيات القرن العشرين، ^{[ 5 ]} بدأت تظهر مشاكل جديدة ومعقدة، مشاكل عجزت أجهزة راسم الإشارة عن معالجتها. ولأول مرة في تاريخ الحوسبة، أصبح من الضروري عرض أعداد كبيرة من الإشارات في آن واحد. حاولت الحلول المبكرة دمج مكونات أجهزة راسم إشارة متعددة في جهاز واحد، لكن ازدحام الشاشة، وعدم وضوح تفسير البيانات، بالإضافة إلى قيود الفحص، جعلت هذا الحل محدود الفائدة.

كان محلل المنطق HP 5000A، الذي طُرح في عدد أكتوبر 1973 من مجلة هيوليت-باكارد ، على الأرجح أول جهاز متوفر تجاريًا يُطلق عليه اسم "محلل منطق". مع ذلك، اقتصر HP 5000A على قناتين، وعرض المعلومات من خلال صفين من 32 مصباح LED . أما أول جهاز متوازي حقيقي فكان HP 1601L ذو الاثنتي عشرة قناة، وهو عبارة عن وحدة إضافية لأجهزة راسم الإشارة HP 180، ويستخدم شاشة راسم الإشارة لعرض 16 صفًا من الكلمات المكونة من 12 بت على شكل 1 و0. وقد طُرح في عدد يناير 1974 من مجلة هيوليت-باكارد . ^{[ 6 ]}

تجمع راسمات الإشارة المختلطة بين وظائف راسم الإشارة الرقمي التخزيني ومحلل المنطق. ومن مزاياها العديدة القدرة على عرض الإشارات التناظرية والرقمية معًا زمنيًا، وإمكانية التشغيل بناءً على الإشارات الرقمية أو التناظرية والتقاط الإشارة من الأخرى. أما عيوبها فتتمثل في عدم قدرتها على التقاط بيانات حالة الوضع، ومحدودية عدد قنواتها، وعدم توفيرها للعمق التحليلي والرؤية الثاقبة التي يوفرها محلل المنطق.

• محلل ناقل البيانات

• الشعور بالراحة مع أجهزة تحليل المنطق - Keysight