Automatyczne testowanie w układach FPGA

1. Automatyczne testowanie w układach FPGA prof. dr hab. inż. Kazimierz Wiatr Katedra Elektroniki Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki AGH email: wiatr@uci.agh.edu.pl

2. ZAGADNIENIA: • Potrzeba automatycznego testowania • Testowanie wbudowane • Standaryzacja sprzętu do testowania • Sprzęg IEEE1149.1 w układach FPGA • Tryby pracy rejestrów sprzęgu JTAG • Redukcja informacji w testowaniu układów cyfrowych • Podsumowanie

3. POTRZEBA AUTOMATYCZNEGO TESTOWANIA • Fazy testowania • Metody klasyczne • Koncepcja współpracy układu z testerem • Testowanie wbudowane • Standaryzacja sprzętu do testowania • Sprzęg IEEE1149.1 w układach FPGA • Tryby pracy rejestrów sprzęgu JTAG • Redukcja informacji w testowaniu układów cyfrowych • Podsumowanie

4. FAZY TESTOWANIA UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH • Powstawanie urządzenia: • projekt logiczny • implementacja i symulacje • projekt technologii • opracowanie testów • wykonanie • testowanie • Użytkowanie urządzenia: • testowanie OFF LINE • testowanie ON LINE (czas rzeczywisty!!)

5. METODY KLASYCZNE TESTOWANIA UKŁADÓW CYFROWYCH • Oscyloskop wielokanałowy • Analizator stanów logicznych • Pamięć diagnostyczna • Emulatory • Testery specjalizowane

8. WADY KLASYCZNYCH METOD TESTOWANIA • Testowanie czasochłonne • Badania bardzo drogie • Długie ciągi słów testowych • Długie ciągi słów z odpowiedzią • Znaczny czas transmisji pomiędzy testerem a układem badanym

9. KONCEPCJA WSPÓŁPRACY TESTERA WBUDOWANEGO Z TESTEREM ZEWNĘTRZNYM

10. Potrzeba automatycznego testowania • TESTOWANIE WBUDOWANE • Potrzeba testowania wbudowanego • Wady testowania wbudowanego • Metody projektowania dla testowania • Wprowadzenie elementów nadmiarowych • Podział na makrobloki • Wybór punktów strategicznych • Standaryzacja sprzętu do testowania • Sprzęg IEEE1149.1 w układach FPGA • Tryby pracy rejestrów sprzęgu JTAG • Redukcja informacji w testowaniu układów cyfrowych • Podsumowanie

11. POTRZEBA TESTOWANIA WBUDOWANEGO BISTBuilt In System Testing • Eliminacja drogich zewnętrznych narzędzi diagnostycznych • Zmniejszenie czasu detekcji i lokalizacji uszkodzeń • Zredukowanie czasu naprawy uszkodzonych układów • Ograniczenie cennego czasu pracy specjalistów od testowania • Eliminacja testowania ostrzowego • Możliwość testowania ON LINE

12. WADY TESTOWANIA WBUDOWANEGO BIST • Wzrost kosztu urządzenia o cenę wbudowanego testera • Konieczność ograniczenia stopnia złożoności wbudowanego układu testującego • Integracja procesu projektowania układu zasadniczego z projektowaniem testera wewnętrznego • Spowolnienie pracy układu pierwotnego

13. METODY PROJEKTOWANIA DLA TESTOWANIA DFTDesign For Testing • Wprowadzenie nadmiarowych elementów TIE Test Interface Element • Wyznaczenie strategicznych punktów sterujących • Wyznaczenie strategicznych punktów obserwacyjnych • Podział na makrobloki

14. WPROWADZENIE ELEMENTÓW NADMIAROWYCH TIE

15. PODZIAŁ NA MAKROBLOKI • Ograniczenie wielkości dla automatycznych generatorów testów • Poprawa sterowalności i obserwowalności • Jednorodne bloki mają uproszczony model uszkodzeń • Każdy makroblok: • testowalny niezależnie • dostępny z zewnątrz • jednorodny funkcjonalnie • rozłączny z innymi makroblokami

16. ELEMENTY TIE POMIĘDZY MAKROBLOKAMI

17. WYBÓR STRATEGICZNYCH PUNKTÓW STERUJĄCYCH I OBSERWACYJNYCH • Przykładowe strategiczne punkty sterujące: • Zegar, zerowanie przerzutników, liczników, itp • Wejścia selekcji danych do multiplekserów itp • Sterowanie trzecim stanem • Wejścia zezwolenia/zatrzymania mikroprocesorów • Linie magistral danych, adresów i sterowania • Przykładowe strategiczne punkty obserwacyjne: • Linie sterujące (kluczowe !!) niedostępne z zewnątrz • Wyjścia przerzutników, liczników itp • Wyjścia układów skupiania danych (kodery, multipleksery itp.) • Węzły logicznej redundancji i linie o wysokiej obciążalności • Ścieżki podstawowych sprzężeń zwrotnych

18. Potrzeba automatycznego testowania • Testowanie wbudowane • STANDARYZACJA SPRZĘTU DO TESTOWANIA • Cechy wbudowanego sprzęgu • Ścieżka brzegowa sterująco-obserwacyjna • Potrzeba standaryzacji • Podzbiory magistrali IEEE1149 • Tryby pracy sprzęgu JTAG • Architektura interface’u • Sprzęg IEEE1149.1 w układach FPGA • Tryby pracy rejestrów sprzęgu JTAG • Redukcja informacji w testowaniu układów cyfrowych • Podsumowanie

19. CECHY WBUDOWANEGO SPRZĘGU DO TESTOWANIA • Wykorzystywanie minimalnej liczby dodatkowych wejść/wyjść • Testowanie z zewnątrz połączeń struktury z obudową • Testowanie z zewnątrz struktur na module • Testowanie systemów wielomodułowych • Współpraca testera zewnętrznego z testerem wewnętrznym

20. ŚCIEŻKA BRZEGOWA STERUJĄCO-OBSERWACYJNA BSCANBoundary SCAN

21. POŁĄCZENIE KILKU UKŁADÓW ZE ŚCIEŻKĄ BSCAN

22. POTRZEBA STANDARYZACJI SPRZĘGU DO TESTOWANIA • MAGISTRA TM-ETM • Test and Maintenance; Element Test and Maintenance • program militarny VHSIC • Very High Speed Integrated Circuits • MAGISTRALA TURINO • T BUS • firma Logical Solutions Technology • MAGISTRALA JTAG • BSCAN Boundary Scan • Join Test Action Group • IEEE 1149

23. PODZBIORY MAGISTRALI P1149

24. IDEA TESTOWANIA ZA POMOCĄ SPRZĘGU IEEE1149.1 - JTAG

25. TRYBY PRACY REJESTRU BSCAN W SPRZĘGU JTAG

26. RODZAJE TESTOWANIA SPRZĘGIEM JTAG

27. ARCHITEKTURA INTERFACE’U JTAG

28. Potrzeba automatycznego testowania • Testowanie wbudowane • Standaryzacja sprzętu do testowania • SPRZĘG IEEE1149.1 W UKŁADACH FPGA • Architektura sprzęgu dla FPGA • Komórka sprzęgu dla jednego układu we/wy • Implementacja w układach XC4000 • Układy FPGA ze sprzęgiem JTAG • Tryby pracy rejestrów sprzęgu JTAG • Redukcja informacji w testowaniu układów cyfrowych • Podsumowanie

29. ARCHITEKTURA SPRZĘGU P1149.1 DLA UKŁADÓW FPGA

30. BLOK WE/WY UKŁADU XC4000

31. KOMÓRKA SPRZĘGU JTAG DLA JEDNEGO UKŁADU WE/WY

32. IMPLEMENTACJA SPRZĘGU JTAG W UKŁADACH XC4000

33. WYPROWADZENIA UKŁADU XC4003

34. ELEMENT BIBLIOTECZNY BNDSCANUAKTYWNIAJĄCY WBUDOWANY SPRZĘG JTAGW UKŁADACH XC4000

35. INSTRUKCJE STANDARDU IEEE 1149.1 • EXTEST • OBOWIAZKOWA • REJESTR BRZEGOWY DO/Z OTOCZENIA • INTEST • REJESTR BRZEGOWY DO/Z LOGIKI • SAMPLE • OBOWIAZKOWA • REJESTR BRZEGOWY DO/Z UKŁADY I/O • BYPASS • OBOWIAZKOWA • REJESTR OBEJŚCIOWY • INCODE • REJESTR IDENTYFIKACJI • RUNBIST • REJESTR BRZEGOWY-IZOLUJE SAMOTESTUJĄCY UKŁAD

36. UKŁADY FPGA Z ZAINSTALOWANYM SPRZĘGIEM IEEE1149.1 XILINX XILINX ALTERA ATMEL LUCENT INSTRUKCJA XC4000 VIRTEX FLEX8000 AT6000 ORCA • EXTEST x x x x x • SAMPLE x x x x x • USER1 x x x • USER2 x x x • READBACK x x x • CONFIGURE x x x • BYPASS x x x x x • INTEST x • IDCODE x • RUNBIST x

37. KONFIGUROWANIE UKŁADÓW FPGA W TRYBIE ISPIn System ProgrammingZ WYKORZYSTANIEM SPRZĘGU JTAG

38. Potrzeba automatycznego testowania • Testowanie wbudowane • Standaryzacja sprzętu do testowania • Sprzęg IEEE1149.1 w układach FPGA • TRYBY PRACY REJESTRÓW SPRZĘGU JTAG • Instrukcja BYPASS • Instrukcja EXTEST • Instrukcja INTEST • Instrukcja SAMPLE • Instrukcja USER • Redukcja informacji w testowaniu układów cyfrowych • Podsumowanie

39. AKTYWNY REJESTR BYPASSINSTRUKCJA BYPASS

40. BADANIE JEDNEGO WYBRANEGO UKŁADU

41. AKTYWNY REJESTR BSCANINSTRUKCJA EXTESTTESTUJĄCA POŁĄCZENIA UKŁADU Z OBUDOWĄ

42. AKTYWNY REJESTR BSCANINSTRUKCJA INTESTTESTUJĄCA LOGIKĘ Z POZIOMU REJESTRU BSCAN

43. AKTYWNY REJESTR BSCANINSTRUKCJA SAMPLEPRZEPISUJĄCA STAN UKŁADÓW WE/WY DO REJESTRU BSCAN

44. AKTYWNE REJESTRY WEWNĘTRZNE TIEINSTRUKCJA USERTESTUJĄCA WNĘTRZE BLOKU LOGIKI

45. MAKROBLOKI LOGIKI UŻYTKOWEJ PRZEDZIELONE ŁAŃCUCHAMI REJESTRÓW TIE

46. PRZEBIEG SYGNAŁÓW DLA INSTRUKCJI SAMPLE

47. PRZEBIEG SYGNAŁÓW DLA INSTRUKCJI EXTEST

48. Potrzeba automatycznego testowania • Testowanie wbudowane • Standaryzacja sprzętu do testowania • Sprzęg IEEE1149.1 w układach FPGA • Tryby pracy rejestrów sprzęgu JTAG • REDUKCJA INFORMACJI W TESTOWANIU UKŁADÓW CYFROWYCH • Prosta metoda oscyloskopowa • Zliczanie jedynek • Zliczanie zboczy • Analiza sygnatur • Wbudowane analizatory sygnatur • Podsumowanie

49. PROSTA METODA OSCYLOSKOPOWA

50. ZLICZANIE JEDYNEK W CIĄGACH SYGNAŁÓW