Периферийное сканирование (ПС)

Лекция

ПЕРИФЕРИЙНОЕ СКАНИРОВАНИЕ (ПС)


Некоторые аспекты технологии производства систем с ПЛИС


Нашей задачей, встающей перед разработчиками современной электронной аппаратуры, является создание (или использование готового) технического инструментария и методологии его применения для различных этапов жизни электронного изделия. Важность этих вопросов связана с тем, что системная верификация и генерация тестовых последовательностей может требовать до 75% проектного времени.
Традиционно выделяются следующие этапы, связанные с разработкой и использованием специального оборудования:

Каждый из этапов характеризуется как специфическим перечнем задач, так и требуемым инструментарием, специальной квалификацией персонала и методологией работы. На современном уровне развития технологии разработки электронных компонентов необходимость мнения специального технологического оборудования смещается в область все более ранних этапов проектирования. Теперь даже не всегда просто различить, где инструментарий для проектирования, а где части, проектируемого изделия.
Уже на этапе спецификации проекта разработчик должен заложить в будущую конструкцию целый ряд технологических "зацепок", отсутствие которых на более поздних этапах может оказать крайне негативное влияние. Задачей макетирования является проверка реализуемости выбранного способа решения и получение экспериментальных данных для оценки достижимых параметров будущей системы.
Целью изготовления опытного образца является экспериментальная проверки работоспособности системы в предполагаемых условиях эксплуатации, правило, эта цель достигается путем организации тестирования опытных образцов в различных условиях использования. Качество тестирования, полнота и адекватность выводов и принимаемых решений определяют возможность перехода к выпуску серийных изделий.
^ Изготовлению серийных образцов предшествует разработка технологии изготовления с учетом ее стоимостной оптимизации при повышении эффективности, а также разработка и изготовление необходимого тестового инструментария. В понятие "тестовый инструментарий" входят как специфическая аппаратура, так и набор специальных тестовых процедур, алгоритмов тестирования и т. п. Важной предпосылкой эффективности выпуска серийной продукции является включение в разрабатываемый проект специфических элементов тестирования на наиболее ранних этапах проектирования, же обеспечение возможности подключения соответствующего тестирующего оборудования.
Для повышения экономической эффективности разработок следует обеспечить преемственность проектов. В основе этапа модификации и замены устаревших версий изделия лежат результаты деятельности по сопровождению выпуска готовых изделий. В ходе сопровождения осуществляется сбор и анализ информации об использовании выпущенной продукции, накопление возможных претензий со стороны пользователей и потребителей, и, при необходимости, принимается решение о целесообразности модификации замены выпускаемого изделия.
Для проведения перечисленных работ обычно требуется специализированное оборудование, а если оно отсутствует, производится разработка и изготовление, как самого такого оборудования, так и методики его применение. Экономически целесообразна унификация средств и методов, используй на различных этапах жизненного цикла изделий. Так же как ранее удлинение жизненного цикла продукции, содержащей МП, было возможно простоты корректировок содержания программной памяти, так и теперь значительное повышение "средней продолжительности жизни" изделий обеспечивается простотой замены содержимого памяти конфигурации с конфигурируемой структурой.
В большинстве случаев желательно, чтобы оценка эффективности на всех этапах (особенно на начальных) выполнялось в сжатые сроки с минимальными финансовыми затратами. Подобная задача особенно актуальна в рамках отечественного производства, где не приходится ориентироваться на большую вероятность серийного производства проектируемой системы, а в большинстве случаев выпуск характеризуется небольшими объемами производства. Поэтому для отечественных разработчиков характерен подход, предусматривающий большие людские и трудозатраты и меньшие затраты на исследовательское оборудование. В такой ситуации предпочтительным оказывается применение оборудования, обеспечивающего возможность решить самый широкий спектр простых перенастроек. Включение в состав технологического оборудования прототипных плат, построенных на БИС с конфигурируемой структурой, представляется перспективным и относительно дешевым методом достижения сформулированной цели.
Рассмотренные этапы проектирования серьезно тормозят появление на рынке повой продукции, поэтому современные идеи, методы, элементная база и отладочный инструментарий направлены на форсирование работ на этих этапах. Элементы — это схемы с конфигурируемой структурой и “системы на кристалле", уже рассмотренные в гл. 1. Идеи — различные варианты возможностей JTAG-интерфейса, граничного сканировании, методы со-проектирования и со-верификации. Отладочный инструмент различные виды программного обеспечения, позволяющие оценить интересующие характеристики системы, создать аппаратуру, имеющую упрощенные процедуры ее тестирования, библиотеки и методики, ориентированные на современные методы тестирования, различные типы оценочных и отладочных плат.
Приступая к рассмотрению вопросов упрощения процедуры тестирования аппаратуры, следует сразу четко определить цели, средства и назначении и той процедуры. Ключевыми моментами являются:
средства тестирования проекта (верификация, наблюдаемость);
средства тестирования создаваемой БИС;
выпуск пригодных к тестированию приборов и средств их тестирования;
генерация и контроль тестового оборудования;
генерация тестовых последовательностей.
Здесь следует подчеркнуть, что попытка объединить в одном тестовом оборудовании и одной тестовой процедуре и верификацию проекта, и локализацию неисправностей может привести разработчика к значительным временным потерям.
Существенных выгод, получаемых как на этапе отладки опытных образцов, так и на этапе выпуска серийной продукции, можно достичь за счет ориентации на современные методики и, прежде всего, методы, ориентированные на применение JTAG-интерфейса.
Поэтому и рассмотрим идеи, заложенные в стандарт интерфейса, аппарату связанную с ним, а также методику использования этих средств на разных этапах разработки. Заметим, что эти принципы широко поддерживаются современными САПР. Д

^ JTAG-интерфейс - предпосылки возникновения


Методы и средства отладки устройств, содержащих современные БИС, терпели за последние десятилетия существенные изменения. К середине 70-х годов используемые методы визуального, а в лучшем случае, ручного тестирования межсоединений печатных плат, особенно при крупносерийном производстве, полностью себя исчерпали. Широкое распространение получило структурное тестирование печатных плат, выполняемое с привлечением методов технологии "ложе из гвоздей" (в английской литературе — nails). Эта технология базируется на физическом доступе тестирующей аппаратуры к контролируемой плате с помощью механических щупов (подпружиненных контактов), прижимаемых к печатному монтажу. Идею метода можно понять из рис.1

^ Рис. 1 -

Тестирование на основании метода контактирующих щупов

Эта технология выдвигает специфические требования к конструкции печатных плат. Должен быть обеспечен доступ к местам, где необходимо сформировать тестовые воздействия (стимулы), и местам, где нужно контролировать результаты воздействия тестовых сигналов (реакции). Эти требования легко выполнялись, если элементы установлены только с одной стороны печатной платы (односторонний монтаж), при двухслойном же печатном монтаже доступ к исследуемым контактам монтируемых БИС осуществляется со стороны монтажа через сквозные отверстия в печатной плите. Контролируемая цепочка, как правило, содержит достаточно много разветвлений, что далеко не всегда позволяет этим способом однозначно определить действительное состояние межсоединений. Изготовление тестирующего ложа из гвоздей может быть экономически оправданным только при промышленном и серийном выпуске печатных плат. Поэтому раньше при невыполнении любого из перечисленных условий приходилось довольствоваться методами просмотра и индивидуального ручного контроля соединений.
Необходимость изменения технологии тестирования печатных плат (причем, как непосредственно после изготовления печатной подложки, так и после установки на нее навесных элементов и их пайки) возникла не только из-за вышеперечисленных неудобств, но из-за того, что:





Временные системы оказываются исключительно сложными, например, телекоммуникационные и сетевые приложения требуют разработки плат с числом внутренних соединений более 5 тысяч. Такое количество цепей на одной печатной подложке кладет практический предел для применения коммерческого автоматизированного оборудования Automatic Test Equipment (ATE). Методы граничного сканирования, рассматриваемые ниже, позволяют вводить практически неограниченное количество виртуальных тестовых каналов и, тем самым, снимают указанную проблему.
Сегодня каждый серьезный производитель телекоммуникационного, сетевого и другого аналогичного оборудования, ориентирующийся на сверхплотный монтаж многоконтактных БИС, должен опираться на методологию граничного сканирования. Многие плюсы граничного сканирования могут быть использованы даже в тех случаях, когда только одна БИС на проектируемой плате поддерживает граничное сканирование. Однако наибольшая эффективность процедур тестирования, базирующихся на методах граничного сканирования, достигается в случаях, когда большинство приборов на плате объединены в сканируемую цепочку.
Важной характеристикой современных приборов (не только МП и ПЛИС, но и других типов БИС) является наличие в их составе и поддержка JTAG-интерфейса.

^ JTAG-интерфейс и метод граничного сканирования


Исторически интерфейс JTAG (Joint Test Action Group) появился как развитие работ европейской группы (JETAG) исследователей проблем разработки пригодной для тестирования аппаратуры в рамках специальной мелдународной группы, созданной по инициативе фирмы Texas Instrument, для выработки стандарта на производство пригодных для тестирования БИС. Результатом работы этой группы явился принятый в 1990 году стандарт IEEE Std. 1149.1 и его усовершенствованная версия стандарт IEEE Std. 1149.1a (1993 год).
Предложенный стандарт имел два различных аспекта. Один состоял в разработке протокола и принципов обмена информацией между БИС, соединенными в последовательную цепочку. В дальнейшем для определения этого аспекта стандарта будем пользоваться термином "транспортный механизм”. А другой — в специальной (ориентированной на тестирование) организации связи между основными схемами кристалла БИС и ее внешними контактами. Такая организация этой связи позволяет передавать значения сигнала на выходных контактах в транспортный механизм цепочки и наоборот. Это дает возможность использовать границы БИС для задач тестирования их межсоединений без физического доступа к каждому ее выводу.
Такой подход получил название метода граничного сканирования (BST - Boundary Scan Testing). Термин "граничное сканирование" представляется более соответствующим задаче сканирования состояния границы между основными элементами БИС и оборудованием, расположенным вне БИС, чем пользуемый иногда термин "периферийное сканирование".
Рассмотрим более детально идеи метода граничного сканирования. На рис.2 схематически показан вариант подачи стимулов и снятия реакций с "виртуальных" щупов, которые находятся на границах кристалла и конструктивно входят в состав БИС. Рис.3 показывает структурную организацию БИС, поддерживающей метод BST, и позволяет понять основную концепцию граничного сканирования.

Рис. 2

Внешний вид печатной платы с БИС,

поддерживающими метод граничного сканирования
Ячейки сканирования (BSC - Boundary Scan Cells) размещены между каждым выводом микросхемы и схемами кристалла, образующими собственные ИС. Ячейки, с одной стороны, обеспечивают прием, сохранение или выдачу тестовой информации JTAG-цепочки, а с другой — различные режимы взаимодействия между внешними контактами БИС, запоминающими триггерами ячейки BSC и основными (внутренними) схемами кристалла. Реализация команд тестирования базируется на соответствии длины регистров приема/передачи информации (числа BSC-ячеек) и числа тестируемых контактов БИС, а также на настройке взаимодействия разрядов этих регистров с внутренней структурой БИС или состоянием внешних контактов БИС.
Метод BST задумывался для выполнения следующих тестовых процедур:


Рис.3 -

Организация БИС, использующей метод граничного сканирования.

Выполнение тестовых процедур предполагает совместную работу трех основных компонентов:





Правильное понимание организации тестовых процедур предполагает рассмотрение взаимодействия всех трех компонентов. Тестовый прибор является не только источником всех тестовых процедур, но и устройством, задающим и синхронизирующим любые действия в цепочке и в тестируемых приборах. Многие особенности организации работы тестового прибора и построения схем управления JTAG-интерфейсом отдельных БИС определяется организацией транспортного механизма. Вместе с тем, реализуемые ПК тестовые эксперименты определяются возможностями, заложенными в структуру отдельных БИС. Поэтому дальнейшее рассмотрение идет от транспортного механизма к анализу тестовых возможностей отдельных БИС и далее к комплексной процедуре тестирования печатной платы.
a-z-gasanov-razrabotka-upravlencheskih-reshenij.html
a-z-habibullina-lermontov-v-tyurkoyazichnih-literaturah-evrazijskij-aspekt.html
a-z-lyudi-s-kotorimi-vstrechalis-rolling-stounz-toni-dzhasper-rolling-stounz-oktopus-buks-1976-tony-jasper-the.html
a-z-obektno-orientirovannie-sredstva-v-clips-stranica-2.html
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат
Реферат