CC BY
73Алексей ИВАНОВ
Новые возможности тестирования плат
при помощи периферийного сканирования
Изначальный вариант заголовка этой статьи звучал так: «Новые возможности периферийного сканирования». Однако если вдуматься, то периферийное сканирование — это стандарт, который не менялся уже много лет. Определяет он логику регистров сканирования и JTAG-интерфейс микросхем, которые используются на тестируемых платах. Поэтому возможности периферийного сканирования изменяться никак не могут. Исключением может стать появление новых стандартов. Изменяются лишь системы проектирования тестов и оборудование для тестирования, предоставляющее все больше возможностей. Современные цифровые платы становятся настолько сложными и насыщенными, что в один момент стандартный набор автоматических процедур генерации JTAG-тестов исчерпал себя. В этой связи производители программного обеспечения и оборудования для периферийного сканирования стали искать новые подходы к этому вопросу. в данной статье приводятся наиболее интересные с точки зрения автора новые возможности при проектировании тестов в программном обеспечении компании JTAG Technologies, одно из которых — это функциональный тест при помощи JTAG.
Итак, прежде чем перейти к новым возможностям, давайте разберемся со «старыми». Классические возможности создания тестов при помощи ATPG (Automatic Test Pattern Generation) можно продемонстрировать на примере проекта в системе JTAG ProVision. Проект строится на основе списка соединений из САПР (net-лист) и моделей компонентов. Этой информации обычно достаточно для генерации приложений для тестирования. При этом модели могут быть
взяты из библиотеки или созданы при помощи редактора. Также существуют модели компонентов с поддержкой периферийного сканирования, называемые BSDL-файлами, которые обычно могут быть загружены с сайта производителя микросхем или входят в пакет документации. Классический процесс разработки тестов и, собственно, идеология ATPG показаны более подробно на рис. 1.
Данная структура уже доказала свою работоспособность, причем для достаточно
больших участков платы, покрывая солидный процент неисправностей. В стандартные функции проектирования тестов сегодня входят межэлементные связи, все виды памяти, логика, резисторы, тест разъемов и простые интерфейсные микросхемы.
Основной вопрос, который возникает на данном этапе, — достаточно ли вышеперечисленного для полноценного тестового покрытия платы? Существуют участки схемы, где автоматическая векторная генерация с трудом выполняет свои задачи. С точки зрения технологии периферийного сканирования они называются «кластерами». Это могут быть аналого-цифровые компоненты, микроконтроллеры без поддержки JTAG, сложные интерфейсные микросхемы и т. д. Даже в том случае, когда к выводам таких кластеров есть прямой или косвенный доступ периферийного сканирования, не существует универсальных алгоритмов генерации тестовых векторов для них. Если взять обычную микросхему ОЗУ, то здесь все довольно просто: модель содержит информацию о циклах чтения/записи; проект содержит названия цепей, соединенных с данной ОЗУ. На основе этой информации генерируются сотни тестовых векторов, записывающих и считывающих данные в разных комбинациях, давая
Данные САПР: Система
проектирования
список соединении
платы (net-лист) JTAG Provision
Генерация тестовых векторов:
* Межсоединения
* Память (SRAM, DRAM, DDR и т. д.)
* Резисторы
* Разъемы
* Логика
* Интерфейсы
* Программирование ПЗУ и ПЛИС
Готовый набор тестов для производства
Рис. 1. Классический процесс разработки тестов в JTAG ProVision
точнейшую диагностику дефектов. Если на плате установлена не одна такая микросхема ОЗУ, а, скажем, восемь, то тестовые приложения для остальных семи создаются одним щелчком с использованием той же самой модели. Однако не все компоненты так же податливы для систем проектирования, как память. Есть категория устройств, для тестирования которых требуется функциональный подход, как бы мы ни стремились к идеологии структурного тестирования. Такие трудности заставили искать новые методы «JTAG-общения» с кластерами.
Новые «старые» возможности
В этом разделе мы поговорим о программе ручного конструирования тестовых векторов Active Test от JTAG Technologies. Программа эта, нужно заметить, существует довольно давно. Просто до недавнего времени она представляла собой отдельное приложение, никак не связанное с системой проектирования JTAG ProVision. Теперь же, после ее интеграции, ее использование значительно упростилось. Связано это с тем, что в настоящее время Active Test является частью проекта ProVision и позволяет использовать оттуда готовую информацию (цепи, компоненты) для создания тестовых векторов, а кроме того, приложения Active Test теперь являются частью производственных последовательностей.
Выделим основную ценность этого «дополнительного» инструмента. Предположим, что в тестируемом изделии есть компонент, поддерживающий периферийное сканирование JTAG, и некий довольно сложный кластер (к примеру, микроконтроллер или ASIC без таковой поддержки) (рис. 2).
Такой компонент, обозначенный на рисунке черным цветом, может создать трудности при автоматическом проектировании тестов. Его функциональность может зависеть от зашитой конфигурации, это может быть отечественный компонент, модель которого отсутствует в библиотеке ProVision (хотя в последнем случае модель можно создать самому). Собственно, это может быть СБИС своей разработки.
Active Test в данном случае позволяет обойти «стандартную процедуру» и, к примеру, «снять» состояния цепей при определенных воздействиях на другие, идущие к кластеру, и записать их в тестовые векторы. Это можно сделать на полностью исправной плате. Tакая возможность вдвойне полезна для автономных производств, где порой бывает трудно получить у разработчиков функциональность того или иного компонента платы. «Снять» результаты можно и на других выводах устройства, например идущих на разъем или индикатор. В этом случае используется модуль I/O, подключаемый к разъему, или сам индикатор (светодиоды). Если светодиоды напрямую подключены к JTAG-
ИМС с поддержкой JTAG (IEEE 1149.1)
данные
нент fAG
\
данные
Рис. 2. Проблема с тестированием связей сложного кластера
Рис. 3. Окно редактора тестовых векторов Active Test
компоненту, то задача зажечь их и убедиться в правильности установки с Active Test вообще представляется совершенно простой и заключается в создании одного вектора. При этом для оператора-тестировщика можно вывести предупреждение о проверке дисплея или светодиодов. На рис. 3 представлен пример создания векторов с использованием Active Test. При считывании уровней с платы пользователь может выбрать на свое усмотрение любое количество цепей. После запуска теста пустые векторы заполняются реальными величинами, которые могут быть впоследствии сохранены. Один вектор может содержать неограниченную цепочку битов как для считывания, так и для записи.
Functional Test). Данный программный инструмент использует встроенный язык программирования Python (Питон). Это высокоуровневый открытый язык, развитие которого спонсируется такими гигантами, как Microsoft и Google, и поддерживается довольно большим сообществом программистов. Впрочем, Google сам использует Python для своих технических нужд.
Использование языка позволяет работать с переменными, что может оказаться очень удобно для вышеописанного случая с тестированием АЦП. При записи данных с тестируемых цепей в виде переменных с ними можно осуществлять разнообразные операции (рис. 4).
ЗЛ
дг Р#М4 4'ЛК -ІЇН I* ¿Bi-Ji »
.4 ж ■
JH
Л - vebvstf ;-1 1 >пГ
II
33 priai і-Ши*« ы ‘, «rata3_v7beat і*
ЗІ І іцт^ ри r ч> її«.-« 'і U¥^ ITtj Э9
І# і 3# * (J.k ■ >]) «nt (МЦ,гіЧі*г « (1 k * 1 I])
Я L rbUI: ("»ü..r-4 «SW 14 Ti4*’J
німм*
< | «rtrt -iiik—r -.ft ы щи')
Рис. 4. Пример программы для тестирования АЦП в JTAG Functional Test
Новые подходы к тестированию кластеров
Только что рассмотренный пример с Active Test, несмотря на ручные методы работы, представляет собой векторный подход к тестированию при помощи периферийного сканирования. Просто векторы не создаются программами ATPG, анализирующими схематику, а пишутся вручную или считываются с «хорошей» платы. Взглянем еще раз на рис. 2 и представим, что нам нужен полностью функциональный подход, симулируемый, однако, с помощью периферийного сканирования. Например, нужно имитировать какой-то интерфейс, произвести инициализацию регистров устройства, представляющего собой кластер. А более наглядный пример — это когда требуется протестировать работу АЦП и считать данные на цифровых выходах, сравнив их с предельно допустимыми значениями. Это уже совершенно точно — функциональный подход.
В связи с этим недавно появилось еще одно дополнение к JTAG ProVision — JFT (JTAG
Для кластера, состоящего из одного или нескольких компонентов, можно создавать шаблонные модели на языке Python и использовать их в других проектах. В идеале, по замыслу разработчиков компании JTAG Technologies, вероятно образование интернет-сообщества инженеров, создающих модели кластеров на Python, которыми они могут делиться друг с другом.
Следует отметить, что описанные в данной статье методы, в особенности JFT, требуют уже некоторой фантазии и знания функциональности узлов схемы. Однако существует категория инженеров, любящих «затачивать» даже «прагматичное» структурное тестирование под разнообразные нужды, в том числе и функциональной проверки.
Новые виды тестовых приложений Active Test и JFT можно также включать и в стандартные производственные последовательности. Приведем пример типичного набора для производства:
• тест JTAG-канала (проверка установки JTAG-компонентов);
• тест межкомпонентных соединений (может быть расширенным, с проверкой неподключенных выводов и т. д., с разъемами);
• тест соединений с памятью (может быть в некоторой зависимости от количества и типа микросхем ОЗУ);
• тест резисторов подтяжки на питание и на «землю»;
• тест флэш-ПЗУ;
• Active Test: проверка светодиодов или сегментного дисплея с привлечением внимания оператора;
• программирование флэш-ПЗУ (с предварительным стиранием, если нет доверия к поставщику);
• программирование внутренней EEPROM контроллера без поддержки периферийного сканирования;
• JFT: проверка межсоединений с микроконтроллером без поддержки периферийного сканирования;
• сброс режима периферийного сканирования для запуска платы.
Все эти операции можно выполнить в виде единой последовательности (конечно, при условии их создания) в JTAG Provision и в отдельном секвенсоре AEX Manager. В каком порядке их выполнять и каковы условия перехода — дело предпочтений тестового инженера и элементарной логики.
На одном из пунктов последовательности, приведенной выше, следует остановиться более подробно. Это программирование
внутренних EEPROM устройств (к примеру, специализированных небольших микроконтроллеров), не поддерживающих периферийное сканирование по стандарту IEEE 1149.1. Однако для унификации производственного процесса в JTAG Technologies разработаны отдельные «специальные» программные модули для их прошивки, которые могут включаться в общую тестовую последовательность. Они не относятся к основному пакету проектирования и подключаются дополнительно. Список таких модулей и компонентов, поддерживаемых ими, можно посмотреть на сайте www.jtag-technologies.ru. Здесь следует отметить, что данные программные модули не являются средствами разработки и отладки аппаратного ПО микроконтроллеров и разработаны лишь для того, чтобы адаптировать их прошивку к производственным пакетам JTAG Technologies для выполнения в общем цикле тестирования. В последовательность, приведенную выше, пункт с EEPROM микроконтроллера вставлен не случайно — после программирования микроконтроллера, не поддерживающего периферийное сканирование, можно использовать его функции для выполнения тестов JTAG Functional Test.
Новые аппаратные возможности
Напоследок поговорим о новых аппаратных решениях. Они коснулись и контроллеров периферийного сканирования. Например, недавно появились контроллеры серии RMI (Rack Mounting Instrument). Особенность их заключается в том, что, помимо четырех TAP-портов, у контроллера имеется еще 256 дополнительных цифровых каналов I/O (рис. 5). Это довольно важный шаг, так как современные цифровые платы обычно имеют довольно много цепей, выходящих на внешние разъемы. Очень трудно найти изделие, в особенности среди модулей обработки данных, где количество таких внешних соединений было бы меньше 100. Опыт показывает, что использование модуля I/O при выполнении периферийного сканирования прибавляет в среднем около 40% тестового покрытия.
Кроме того, каналы I/O могут использоваться для включения/выключения каких-либо активных компонентов в процессе тестирования, подачи сигналов сброса на цепи, где нет доступа периферийного сканирования с компонентов самой платы, и т. д., таким образом, обеспечивая полноценный контроль платы при тестировании.
Отметим, что ранее модули ввода/вывода тоже существовали, только в отдельном виде — не встроенные в контроллеры периферийного сканирования. Теперь даже у «классических» контроллеров серии DataBlaster есть возможность заменить один из его четырех TAP-портов, которые имеют свойство отсоединяться, на небольшой модуль I/O JT2149 (рис. 6). В результате пользователь получает тестовую станцию уже с тремя (вместо четырех) JTAG-портами и 32 каналами цифрового ввода/вывода. Более того, модуль JT2149 поддерживает функцию SCIL (Scan-Configurable Logic). Это означает, что он может работать не только как набор параллельных I/O, но симулировать, к примеру, какой-нибудь интерфейс. Функции SCIL могут быть заводскими или запрограммированы пользователем. Примеры реализации таких функций — это программаторы устройств, не имеющих JTAG-протокола и использующих для прошивки другой интерфейс (например, SPI).
В завершение статьи хочется отметить, что в тестировании, как и в остальных инженерных сферах, очень многое зависит от фантазии и желания самого инженера увеличить тестовое покрытие. Современный инструментарий позволяет объединить все тестовые приложения периферийного сканирования и программирования устройств на плате в единые последовательности с разветвленной структурой, которые могут использоваться на производстве. Большая часть тестов для «стандартной» части платы может быть сгенерирована автоматически на основе моделей и схематики (60-80%), но обычно остается небольшая «нестандартная» часть, требующая функционального подхода, и теперь существует набор инструментов для его осуществления. ■
