Diagnostika počítačů DGP_09

1. Diagnostika počítačů DGP_09 Prof. Ing. Karel Vlček, CSc. karel.vlcek@vsb.cz Katedra Informatiky, FEI, VŠB - TUO

2. Co je Boundary-Scan? • Boundary-scan test (B-ST) je metoda, která umožňuje úplnou řiditelnost a pozorovatelnost vývodů součástky programovými prostředky • Metoda B-ST je schopna nahradit metodu „in-circuit testing“ bez toho, že by bylo použito zařízení nazývané „bed-of-nail“ • Zařízení pro testování metodou „in-circuit test“ je eliminováno Diagnostika počítačů

3. Vstupy a výstupy pro B-ST • Obrázek ilustruje možnou strukturu pro vstup a výstup vývodů testované jednotky dle JTAG • Během testů jsou všechny vstupní signály zachycovány pro analýzu a všechny výstupy jsou nastavovány pro testy okolních součástek Diagnostika počítačů

4. Principy činnosti B-ST • Činnost těchtoscanovacíchbuněk je řízena pomocíbloku „Test Access Port (TAP) Controller“ • Řadič a registr instrukcíje na obrázku jako „TAP Controller“ Diagnostika počítačů

5. TAP controller • Blok „TAP controller“je konečný automat se 16 states, který řídí činnost buněk posuvného registru označovaného „boundary scan register“ • Základní operacetestovacího hardware jsou řízeny prostřednictvím čtyř pinů: Test Clock (TCK), Test Mode Select (TMS), Test Data In (TDI), and Test Data Out (TDO) • Volitelný pátý vývod TRST*, bývá použit jako signál asynchronního nulování TAP controlleru Diagnostika počítačů

6. Instrukce pro programování • Činnost TAP controlleruje určována instrukcí – obsahem IR (Instruction Register) tak, aby byly vykonávány testy potřebného typu • Standard 1149.1 vyžaduje, aby součástky byly testovány třemi typy instrukcí • Instrukce EXTEST • Instrukce SAMPLE/PRELOAD • Instrukce BYPASS Diagnostika počítačů

7. Jak je B-S Test prováděn? • Na testované descemůže být více součástek • Součástky jsou pak propojeny do jednoho řetězce • Součástky v jednom řetězci mají společné ovládání Diagnostika počítačů

8. Uspořádání registrů pro B-ST Diagnostika počítačů

9. Standardizace B-ST • Boundary-Scan test je standardizován společně s rozhraním JTAG v IEEE 1149.1 Diagnostika počítačů

10. Použití B-ST (1) • Odladěním prototypu infrastruktury hardwaru od montážních chyb lze zkontrolovat funkčnost logických bloků • Testování propojení paměťových bloků od zkratů a přerušených spojení • Programování CPLD a konfiguraci EPROM pamětí obvodů FPGA všech výrobců, přes signálové rozhraní nebo TAP (Test Access Port) Diagnostika počítačů

11. Použití B-ST (2) • Testování pomocí konektorů. Přídavné hardwarové moduly DIOS (Digital I/O Scan = digitální skenování vstupů/výstupů) vytváří možnost jednoduše rozšířit testování až na hlavní svorkovnice na kraji desek nebo na libovolné testovací body • S moderním boundary-scan řadičem vybaveným interní pamětí lze jednoduše programovat Flash paměti přenosovými rychlostmi až 2 MB/min Diagnostika počítačů

12. Vývoj Boundary-Scan Test • S rychlým vývojem zmenšování komponent, integrovaných obvodů a desek plošných spojů (např. technologie SMT), musí držet krok i jejich testovací techniky. • Vývody pouzder obvodů a obvody na deskách blíže u sebe, není místo pro fyzické testování pomocí hrotů • Procedura in-circuit test komponent pomocí pole hrotů nelze použít Diagnostika počítačů

13. Základní idea B-ST • Základní ideou techniky Boundary-scan je právě nahrazení pole hrotů integrovanými elektronickými "piny“ buňkami • Ve vývodech jsou implementovány pomocné obvody uvnitř integrovaných obvodů tak, že oddělují jeho logické jádro od fyzických vývodů. • Pomocné obvody pracují jako "virtuální" sondy uvnitř součástky Diagnostika počítačů

14. Testování obvodů bez B-ST Diagnostika počítačů

15. Blokové schéma B-ST • Obvody B-ST implantované v integrovaném obvodu - buňky s vývody TDI/TDO a řídící logika Diagnostika počítačů

16. Vnitřní test B-ST • Příklad použití Boundary-Scan při testování Diagnostika počítačů

17. Testování FPGA • Použití B-ST pro testování vnitřní logiky FPGA Diagnostika počítačů

18. Registry pro B-ST Diagnostika počítačů

19. Vývojový diagram činnosti B-ST Diagnostika počítačů

20. BSDL (1) • Boundary-Scan Description Language (BSDL) je standardní jazyk pro testování pomocí boundary-scanu, respektující IEEE Standard 1149.1-1990 • Je podskupina známého programovacího jazyka VHDL a určený k použití při testování vývojáři, výrobci součástek, ASIC návrháři a ATE výrobci Diagnostika počítačů

21. BSDL (2) • Je také určený k specifikování charakteristik, které jsou unikátní pro daný obvod • V září 1994 byl uzákoněn IEEE Standard 1149.1b-1994 s většími možnostmi, který je však plně kompatibilní s obvody a deskami využívající standard IEEE 1149.1 a 1149.1b Diagnostika počítačů

22. Další vývoj B-ST • Metoda Boundary-Scan Test patří stále mezi rozšířenější a vývody jeho rozhraní jsou použity na velkém množství integrovaných obvodů různých výrobců • Neustále se vyvíjejí testovací a vývojové prostředky, jejichž software umožňuje automaticky generovat testovací vektory/data dle zadaných kritérií (např. netlistu) a výsledky přehledně zobrazovat na obrazovce v podobě tabulek nebo i grafického schéma Diagnostika počítačů

23. Literatura • Hlavička J.: Diagnostika a spolehlivost, Vydavatelství ČVUT, Praha (1990), ISBN 80-01-01846-6 • Musil, V., Vlček, K.: Diagnostika elektronických obvodů, TEMPUS Equator S_JEP-09468-95, ÚMEL, FEI VUT v Brně (1998) • Hlavička, J., Kottek, E., Zelený, J.: Diagnostika Elektronických číslicových obvodů, Praha SNTL (1982) • Drábek, V.: Spolehlivost a diagnostika, VUT Brno, (1983) • Hławiczka, A.: P1149, Warszawa (1993), ISBN 83-204-1518-7 Diagnostika počítačů