Введение к работе
Актуальность работы.
В современном информационном пространстве цифровое управление и обработка сигналов проникает практически во все области жизнедеятельности, что неразрывно связано с устройствами приема, передачи и обработки данных, принятых от устройств регистрации, измерения или управления.
Массовое внедрение схем измерения, регистрации и выдачи сигналов привело к развитию нового направления в современной микроэлектронике - созданию систем на кристалле (СНК), необходимых для решения многих бытовых, промышленных, научных и специальных задач.
При проектировании и изготовлении схем СНК требуется обеспечивать высокую надежность работы системы, стойкость к технологическим и эксплуатационным разбросам, а также низкую стоимость всего устройства. В условиях современного производства интегральных схем около 70% цены готового кристалла составляет стоимость процедуры тестирования. В настоящее время верификация проекта, исследование образцов, оценка надежности и обеспечение высокой скорости тестирования — это наисложнейшая проблема и узкое место всего процесса разработки СНК. Последствия пропуска ошибок в таких случаях очень серьезны: от дорогостоящих повторных запусков кристаллов до потери самой возможности попасть на рынок с данным продуктом.
Исходя из этого, для обеспечения гарантированно высокой надежности работы СНК необходимо разработать универсальные методы обеспечения всестороннего тестирования каждого блока, входящего в систему. Одним из наиболее актуальных требований для СНК, разрабатываемых для аппаратуры специального назначения, является минимизация времени тестирования, поскольку перед поставкой готовых изделий СНК проходят множество испытаний, по завершению каждого из которых необходимо проведение полного тестирования.
В связи с этим, разработка методик, программных способов и технических решений, позволяющих проводить исследования параметров и эксплуатационных характеристик СНК, а также разработка методов оптимального тестирования, обладающих улучшенными технико-экономическими характеристиками, является актуальной задачей.
Цель диссертационной работы состоит в разработке универсальной методики, программных способов и технических решений для тестирования СНК на базе микропроцессорных ядер, позволяющих сократить время для проведения исследований параметров тестовых кристаллов и измерений в условиях массового производства с учетом увеличения сложности устройств и увеличения разрядности применяемых аналоговых блоков.
Задачи исследования. Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:
провести исследование методов тестирования блоков, применяемых в СНК.
провести исследование особенностей процесса тестирования применяемых блоков.
создать комплекс программ для проведения моделирования работы блоков.
обеспечить универсальность и гибкость полученных программных и конструктивных решений.
рассмотреть методы формирования векторов тестовых воздействий для проведения тестирования СНК на современных тестовых комплексах.
провести экспериментальную проверку разработанных методов и модифицированного измерительного оборудования.
Научная новизна работы
Предложена новая систематизация блоков, применяемых в составе современных СНК, основанная на исследовании комплекса аппаратных и технико-экономических особенностей процесса тестирования, позволяющая сформировать иерархию и алгоритм процедуры тестирования СНК, в зависимости от применяемых IP-блоков.
Разработана новая программная модель формирования векторов тестовых воздействий, позволяющая эффективнее использовать вычислительные ресурсы при формировании векторов, необходимых для обеспечения тестирования блоков памяти, входящих в состав СНК.
Предложен новый, универсальный метод тестирования ІР-блоков, входящих в состав СНК, основанный на программном преобразовании многоблочной структуры в моноблочную, позволяющий минимизировать набор инструкций
микропроцессорного ядра, при полном сохранении функциональности устройства.
4. Разработан новый метод тестирования СНК с реализацией памяти программ в ПЗУ, основанный на результатах применения разработанных методов тестирования программируемых СНК и структурировании блоков памяти СНК. Практическая ценность работы
На основе предложенного в работе метода тестирования ІР-блоков, входящих в состав СНК, основанного на программном преобразовании многоблочной структуры к моноблочной, разработан минимальный набор инструкций микропроцессорного ядра, обеспечивающий полнофункциональное тестирование блоков применяемых в СНК.
Применение новой программной модели формирования векторов тестовых воздействий для реализации режимов программирования СНК на измерительном оборудовании позволяет существенно сократить время формирования векторов.
Реализован метод динамического управления режимами функционирования ІР-блоков со стороны измерительного оборудования, позволяющий сократить объем программного кода, необходимого для настройки режимов работы тестируемых блоков.
Разработан и реализован программный код для СНК, обеспечивающий тестирование цифровых и аналоговых блоков с помощью современного автоматизированного измерительного оборудования.
Разработан метод тестирования аналоговых блоков в составе СНК, позволяющий на 85% сократить время измерений параметров.
Разработан метод формирования векторов тестовых воздействий, позволяющий на 70% сократить время отладки измерительной программы.
Разработан и реализован в загрузочном ПЗУ серийно выпускаемых СНК минимальный программный код, обеспечивающий универсальные функции тестирования цифровых и аналоговых блоков, а также поддерживающий функции самотестирования.
Разработан метод тестирования схем памяти в составе СНК, позволяющий на 90% сократить количество тестовых векторов для измерительного оборудования.
9. Разработанные методы реализации тестов позволяют проводить
тестирование сложных СНК как на тестовых комплексах, так и в
аппаратуре конечных пользователей
10. Предложенные методы измерения и разработанные универсальные
и специализированные устройства согласования для тестирования
аналоговых блоков позволяют разработчикам оперативно проводить
исследование тестовых образцов, а в условиях массового
производства - существенно снизить время тестирования СНК.
Внедрение
Результаты работы внедрены и применены при создании и измерении серийно выпускаемых микросхем СНК 1886ВЕ1, 1886ВЕ2, 1886ВЕЗ, 1886ВЕ4, 1886ВЕ5, 1886ВЕ6 и 1886ВЕ7 компанией ЗАО «ПКК Миландр». Результаты работы внедрены и используются на предприятиях ЗАО «Телеком СТВ» и НИИ «ТИРС»
Достоверность результатов
Достоверность разработанных методов и решений подтверждена результатами экспериментальных исследований тестовых образцов и серийных микросхем СНК, а также результатами компьютерного моделирования с использованием верифицированных моделей элементов.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Систематизация блоков, применяемых в современных СНК, по комплексу аппаратных и технико-экономических особенностей процесса тестирования, позволяющая сформировать иерархию и алгоритм процедуры тестирования СНК в зависимости от применяемых ІР-блоков.
Структура программной модели формирования векторов тестовых воздействий, позволяющей эффективнее использовать вычислительные ресурсы при формировании векторов, необходимых для обеспечения тестирования блоков памяти.
Метод тестирования цифровых блоков и интерфейсов приема-передачи данных, основанный на программном преобразовании многоблочной структуры в моноблочную.
Методы реализации тестовых программ для проведения тестирования и испытаний СНК с реализацией памяти программ в ПЗУ.
Методы тестирования аналоговых блоков СНК, позволяющие оперативно проводить измерения параметров блоков как на участках
испытаний и измерений систем, так и на предприятиях потребителей
для проведения входного контроля поступающей продукции.
6. Результаты апробации методов в условиях серийного выпуска
микросхем.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях:
13-й международной научно-технической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, 2007г
15-й международной научно-технической конференции
«Электроника и информатика - 2008». Москва, МИЭТ, 2008
международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения». Москва, МАТИ, 2009
16-й международной научно-технической конференции
«Электроника и информатика - 2009». Москва, МИЭТ, 2009
Международной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых», Йошкар-Ола, МГТУ, 2010
10-ой Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления», Таганрог, ЮФУ, 2010
Международной научно-технической конференции с элементами научной школы для молодежи. «Проектирование систем на кристалле: тенденции развития и проблемы». Москва, МИЭТ, 2010
Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 13 научных работах, в том числе 6 статьях в периодических печатных изданиях, 5 из которых опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК, тезисах 7докладов на научно-технических конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы. Диссертация изложена на 128 листах основного текста, содержит 55 рисунков и 17 таблиц к основному тексту, списка литературы из 46 наименований и 58 страниц приложения.
