Test- und Messtechnik im System integrieren
Der Übergang zum Embedded System Access bedeutet keine marginale Anpassung der Art und Weise wie Test- oder Programmiervektoren gehandelt werden, sondern muss als fundamentaler technologischer Umbruch verstanden werden. Dazu gehört auch, dass bei der praktischen Nutzung des Embedded System Access im Prinzip eine Transformation von rein funktionalem Design in eine Tester-UUT-Konfiguration stattfindet. Durch die Transformation entsteht eine Infrastruktur mit drei Schichten. Dazu gehören der Testbus – typischerweise JTAG – als Steuermedium, die sogenannte Pin-Elektronik als Interface zum Target sowie die zu validierenden bzw. zu testenden Elemente der Unit Under Test (UUT). Die Pin-Elektronik wird getrieben durch Boundary Scan, den Prozessor, sowie durch im Chip integrierte Instrumente. Diese Chip Embedded Instruments stellen im Grunde genommen im IC integrierte Test- und Measurement Intellectual Properties (IP) dar, die über den Testbus angesteuert werden. Dabei kann das IC zusätzlich auch über Boundary Scan verfügen. Zu derartigen Instrumenten gehören:
- • Spannungsmesser
- • Frequenzmesser
- • Temperaturmesser
- • Bit Error Rate Tester (BERT) für Highspeed-Signale
- • Impulszähler
- • Logic Scopes
- • RAM Tester
- • Built-In Self-Test Schaltungen
- • In-System Programmer
Die IP selbst sind entweder fest in einem Chip oder Hardmacro integriert, können aber auf Basis von FPGA auch temporär im System oder Softmacro aktiviert werden. Da sich alle Instrumente entweder seriell oder auch parallel ansteuern lassen, gewinnen Anwender einen umfassenden Einblick in die zu testende Schaltung und erfahren genau, wie das Silizium reagiert. Als Übertragungsmedium für die Daten und Steuerkommandos fungiert der JTAG-Testbus. Dieser ist mit einem entsprechenden JTAG-Controller verbunden, der wiederum durch die Systemsoftware angesteuert wird. Chip embedded Instruments sind dabei keine neue Erfindung; werden sie doch bereits seit vielen Jahren im Bereich des Chiptests – z.B. in Form von Built-In-Self Test IP – eingesetzt. Allerdings waren bisher all diese IP zugriffsseitig nicht standardisiert. Dies sollen die derzeit in Entwicklung befindlichen Standards IEEE1687 (IJTAG) und IEEE1149.1-2012 ändern.
Flexibel: FPGA embedded Instruments
Verstärkt in den Mittelpunkt des Interesses gerückt sind in letzter Zeit die FPGA Embedded Instruments auf Basis von Softcores. Sie ermöglichen Strategien wie FPGA Assisted Test (FAT), bzw. FPGA Assisted Programming (FAP) und bieten enorme Flexibilität in der Adaption auf die individuelle Test & Measurement-Problematik. Die Idee dahinter ist im Grunde genommen sehr einfach. Auf Basis der Schaltung und der Messaufgabe wird ein entsprechendes IP per JTAG in den Target-FPGA geladen, konfiguriert, angesteuert und nach der Beendigung des Jobs wieder entfernt. Es existieren auch bereits Testsysteme zum automatisierten Handling dieser Prozesse. Allerdings unterscheiden sich diese grundsätzlich in der Art der IP-Generierung. Dabei geht es im Kern um die Verbindung eines vorhandenen IP mit den entsprechenden Signalpins (IP to Pin). Traditionelle Systeme erfordern hierfür einen separaten Syntheselauf. Das gestaltet den interaktiven Debugprozessen sehr aufwändig und unflexibel. Demgegenüber arbeitet die ChipVorx-Technologie durch ein spezielles Verfahren synthesefrei und kann sich über Rekonfiguration binnen Bruchteilen von Sekunden adaptieren. Dabei wird auf die gleiche Projektdatenbasis und das gleiche Ausführungssystem aufgesetzt wie bei Boundary Scan. Darüber hinaus bietet ChipVorx mehr als 300 vorkonfektionierte IP und unterstützt sämtliche führenden FPGA-Plattformen für eine Vielzahl von Applikationen wie RAM-Zugriffstest, Frequenzmessung, Bert oder In-System-Programmierung von Flash. Gegenüber Boundary Scan kann dadurch z.B. die Flash Programmierung bis zu 75x schneller ablaufen oder der RAM-Zugriffstest um den Faktor 20 beschleunigt werden. Für das Debugging werden auch entsprechende Panels generiert. Auch für die Problematik des Bit Error Rate Tests sind neue IP verfügbar. Diese Instrumente benötigen keine Synthese und können sowohl zur Designvalidierung, als auch zum Produktionstest im Rahmen eines Testprogramms eingesetzt werden. Während beim Produktionstest lediglich die Bit Error Rate auf Basis vordefinierter Setups auf Plausibilität getestet wird, lässt sich bei der Designvalidierung auch das Augendiagramm visualisieren. Diese Art der Visualisierung wird direkt im Silizium vorgenommen und vermeidet daher taktil hervorgerufene Anomalien.
Test- und Programmier- strategien separat und in Kombination
Durch den Übergang zum Embedded System Access ist ein grundlegender Paradigmenwechsel bei der Validierung, dem Test, der Programmierung und dem Debugging komplexer Elektronikeinheiten eingeleitet. In diesem Kontext werden immer mehr Instrumente entweder direkt in den Chip implementiert oder als Softmacro in FPGA geladen, um das Verhalten des Silizium zu beobachten. Neue Standards treiben den normierten Zugriff auf diese Instrumente immer weiter voran und ermöglichen den Einsatz über den gesamten Produktlebenszyklus. Perspektivisch bieten vor allem FPGA embedded Instruments ein enormes Applikationspotenzial. Allerdings müssen die Testsysteme in der Lage sein, diese Möglichkeiten auch effizient in die Praxis umzusetzen. Dabei ist es wichtig, derartige Test- und Programmierstrategien sowohl im Stand alone-Betrieb, als auch in Kombination mit intrusiven Zugriffsmethoden wie dem In-Circuit-Test auf einer Plattform kombinieren zu können.
