Ćwiczenie ZINTEGROWANE SYSTEMY CYFROWE. Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych. Wstęp do pakietu DefSim

Transkrypt

1 Ćwiczenie 0 ZINTEGROWANE SYSTEMY CYFROWE Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Wstęp do pakietu DefSim

2 K A T E D R A M I K R O E L E K T R O N I K I I T E C H N I K I N F O R M A T Y C Z N Y C H Politechnika Łódzka Department of Microelectronics and Computer Science al. Politechniki 11, Lodz, POLAND NIP tel. +48 (42) fax +48 (42) secretary@dmcs.p.lodz.pl

3 Spis treści Wstęp Czym jest DefSim Personal? O ćwiczeniu... 2 Instalacja Wymagania systemowe Proces instalacji Instalacja oprogramowania (Software)...4 Instalacja urządzenia (Hardware)...5 Obsługa pakietu Rozpoczęcie pracy Okno główne Przebieg procesu testowania Wybór układu...11 Ustawienie sekwencji testowej Opcje pomiaru Przeprowadzenie testu...13 Interpretacja wyników...13 Interpretacja wyników (pojedynczy defekt)...15 Generacja wektorów testowych...15 Pomoc techniczna... 17

4 Rozdział 1 Wstęp 1.1 Czym jest DefSim Personal? DefSim Personal jest pakietem edukacyjnym, który umożliwia zapoznanie się z defektami fizycznymi (zwarcia, przerwy w połączeniach itp.), które mogą wystąpić w układzie scalonym wyprodukowanym w technologii CMOS. Głównym elementem pakietu DefSim jest układ scalony (IC Integrated Circuit). Układ ten posiada szereg bramek logicznych zawierających celowo wygenerowane błędy, takie jak przerwy w obwodach, czy zwarcia do szyny zasilania i masy (stuck-at 1, stuck-at 0 ). Drugim elementem pakietu jest specjalna płytka, w której umieszczamy wspomniany układ scalony. Stanowi ona interfejs łączący układ z komputerem klasy PC (poprzez port USB). Płytka zapewnia odpowiednie zasilanie, a także umożliwia programowanie oraz odczyt otrzymanych wyników przy pomocy odpowiedniego programu. 1

5 1.2 O ćwiczeniu. Ćwiczenie zerowe stanowi wprowadzenie do bloku trzech ćwiczeń opartych na pakiecie DefSim, których zadaniem jest przedstawienie i analiza metod służących do wyszukiwania i identyfikowania błędów fizycznych w układach scalonych. W instrukcji opisane są następujące zagadnienia: Opis instalacji pakietu DefSim na komputerze PC (z systemem operacyjnym Windows) Instalacja sterowników Instalacja urządzeń Opis interfejsu oraz funkcji pakietu Przedstawienie środowiska pracy Metody testowania Opis ewentualnych problemów, jakie mogą wystąpić podczas pracy 2

6 Rozdział 2 Instalacja 1.1 Wymagania systemowe. Przed instalacja pakietu należy upewnić się że, komputer spełnia następujące wymagania: Procesor kompatybilny z Intel x86 System operacyjny Microsoft Windows 2000/XP Java Runtime Enviroment 5.0 (lub nowszy) 1MB wolnego miejsca na HDD 64MB pamięci RAM Zainstalowany port USB Należy zwrócić szczególną uwagę na zainstalowanie odpowiedniej wersji Java Runtime Enviroment (JRE). DefSim Personal dział poprawnie tylko w przypadku, gdy na komputerze zainstalowana jest wersja JRE 5.0 lub nowsza. W razie potrzeby należy pobrać najnowsza wersję JRE z oficjalnej strony firmy Sun Microsystems: 3

7 2.2 Proces instalacji. Proces instalacji pakietu składa się z dwóch części: instalacji oprogramowania (software) oraz instalacji sterowników i podłączenia urządzenia (hardware). Oba procesy zostały przedstawione poniżej. Instalacja oprogramowania (Software) Przed rozpoczęciem pracy z pakietem DefSim należy zainstalować odpowiednie oprogramowanie udostępnione przez producenta. Najnowszą wersję można znaleźć na stronie: Po otworzeniu pliku DefSim_Installer.exe uruchomi się instalator (wersja angielska), który przeprowadzi Cię przez proces instalacji. Kolejne kroki przedstawiono poniżej. W oknie wybierania komponentów (Choose Components) można wybrać moduły oprogramowania, które zostaną zainstalowane. W większości przypadków (także tym razem) oba moduły powinny pozostać zaznaczone i zainstalowane na wybranym komputerze. Rys.1. Okno instalatora 4

8 W przypadku aktualizacji oprogramowania (lub w innym przypadku, patrz rozdział Problemy Techniczne ) należy jedynie zaznaczyć opcję Install DefSim Personal. W ten sposób pominięta zostanie instalacja sterowników pakietu ( DefSim Driver ). Analogicznie w razie problemów ze sterownikami nie musimy ponownie instalować oprogramowania. Dokładniejszy opis problemów, jakie mogą wystąpić podczas instalacji znajduje się na końcu instrukcji. Podczas instalacji system Windows może wyświetlić ostrzeżenie o braku kompatybilności urządzenia z systemem operacyjnym. Wybierz Continue Anyway, aby pomyślnie zakończyć instalację oprogramowania i sterowników. Rys.2. Ostrzeżenie systemu Windows. Po zakończeniu instalacji w menu Start systemu Windows pojawi się nowa zakładka (DefSim Personal). Na pulpicie pojawi się także skrót do programu. Następnie przejdziemy do instalacji samego urządzenia. Instalacja urządzenia (Hardware) Pakiet DefSim Personal zawiera: o Układ scalony DefSim 2 Education Chip o Płytkę (programator) układu o Kabel USB o Klucz serwisowy (niedostępny dla studentów) 5

9 Uwaga: przed podłączeniem urządzenia upewnij się, że stacja dokująca ustawiona jest na tryb pomiarowy (measurment). Jeśli zamek ustawiony jest poprawnie, dioda Service powinna pozostać zgaszona. Tryb serwisowy powinien być używany tylko w celu rekonfiguracji urządzenia w autoryzowanym serwisie. W celu połączenia urządzenia do komputera używamy portu USB. Rys.3. Schemat połączenia elementów. Układ może być podłączany/odłączany przy włączonym komputerze, a nawet podczas przeprowadzania testów. Nie powinno to w żaden sposób zaszkodzić urządzeniu. Po podłączeniu płytki powinny zaświecić się trzy żółte diody z grupy Power Supply. Zielone diody oznaczone jako BiCM, CUT oraz Logic także powinny się świecić. Czerwone diody Testing powinny zgasnąć po krótkiej chwili. 6

10 Rozdział 3 Obsługa pakietu 3.1 Rozpoczęcie pracy Po zainstalowaniu oprogramowania i podłączeniu urządzenia możemy rozpocząć pracę z pakietem DefSim. Po uruchomieniu programu na ekranie pojawi się główne okno środowiska DefSim Personal (Rys.4). Jeżeli program uruchomił się poprawnie i urządzenie jest podłączone do komputera, to zasygnalizowane to będzie zielonym guzikiem Run widocznym w oknie. 7

11 Rys.4. Główne okno środowiska DefSim. Jeśli program się nie uruchamia, urządzenie nie jest prawidłowo wykryte lub, gdy pojawiają się ostrzeżenia podczas uruchamiania programu należy odnieść się do rozdziału Problemy Techniczne. 8

12 3.2 Okno główne. W tym akapicie omówione zostanie okno główne programy DefSim Personal (Rys.5). Rys.5. Omówienie okna głównego. Wybór testowanego układu pozwala wybrać układ, dla którego będziemy przeprowadzać testy. W używanej przez nas wersji pakietu DefSim znajduje się 18 różnych układów (prostych bramek logicznych i ich połączeń). Wybrany układ widoczny jest jako schemat logiczny w oknie poniżej. Panel wektorów testowych pozwala na wprowadzenie dowolnych wektorów testowych, które zostaną użyte podczas testowania wybranego układu. Przycisk Show Transistor Level Schematic otwiera okno, w którym wybrany układ przedstawiony jest na poziomie tranzystorów NMOS i PMOS. W niektórych przypadkach widok ten jest niedostępny (guzik jest wtedy nieaktywny). Opcje pomiarów pozwalają na konfigurację trybu pomiarowego. W pakiecie DefSim mamy do wyboru kilka trybów, które zostaną omówione w dalszych rozdziałach i ćwiczeniach. Panel ATGP (Automatic Test Pattern Generator) jest narzędziem do automatycznego generowania wektorów testowych. 9

13 Pasek Menu zawiera dodatkowe opcje do zarządzania programem. Pasek Statusu przedstawia informacje dotyczące bieżącego stanu pracy układu. Możliwe komunikaty to: Initializing inicjalizacja programu, komunikat widoczny podczas uruchamiania urządzenia. Ready pakiet jest gotowy do rozpoczęcia testów. Running testowanie w toku. Error problem z urządzeniem, lub przerwany test (np. przez odłączenie urządzenia podczas testowania). 3.3 Przebieg procesu testowania. Typowa kolejność czynności podczas testowania defektów układu scalonego wygląda następująco: 1) Wybieramy układ, który będzie testowany. 2) Generujemy (lub wpisujemy własnoręcznie) wektor testowy. 3) Ustawiamy opcje pomiarów (rodzaj testu itp.) 4) Uruchamiamy test. 5) Analizujemy otrzymane wyniki. 6) Zmieniając wektory testowe poważamy proces aż do uzyskania satysfakcjonujących wyników. Rys.6. Algorytm czynności podczas testowania. 10

14 Kolejne akapity przedstawiają dokładny opis poszczególnych kroków. Wybór układu. Wyboru układu dokonujemy z rozwijalnej listy (Rys.7). Nazwa układu opisuje jego funkcjonalność oraz liczbę wejść, np. NOR(A,B,C) oznacza bramkę logiczna NOR z 3 wejściami. Po wybraniu układu w oknie poniżej możemy zobaczyć jego schemat na poziomie bramek logicznych. Rys.7. Wybór układu. Po wciśnięciu przycisku Show Transistor Level Schematic pojawi się okno przedstawiające wybrany układ na poziomie tranzystorów NMOS i PMOS. Ustawienie sekwencji testowej. Wektory testowe wpisuje się kolejno jeden pod drugim (każda linia przedstawia oddzielny wektor) używając 0 i 1. Długość każdego wektora powinna być zgodna z ilością wejść wybranego układu. Nagłówek w oknie wektorów testowych podaje kolejność wejść. 11

15 Rys.8. Okno wektorów testowych. Poza możliwością ręcznego wprowadzenia wektorów program posiada wbudowany generator wektorów testowych (ATPG). Wprowadzona sekwencja wektorów testowych może być zapisana na dysku przy pomocy przycisku Save. Opcje pomiaru. Pierwszą czynnością jest wybranie defektów, jakie będą badane. Mamy do wyboru następujące opcje: All defects wszystkie możliwe defekty zostaną przetestowane All stuck-at faults zostaną przetestowane tylko defekty typu Stuck-at fault (SAF), czyli defektu typu stała 1 lub 0. Single defect pozwala na wybranie pojedynczego defektu. Uwaga: w niektórych układach nie ma możliwości testowania błędów typu SAF. Drugą opcją jest wybranie metody testowania układu: Metoda napięciowa Metoda prądowa IDDQ (zaznaczone okienko Activate IDDQ) Dokładny opis metod znajduje się odpowiednio w ćwiczeniu nr 1 i nr 2. 12

16 Rys.9. Okno konfiguracji testu. Przeprowadzenie testu. Aby przeprowadzić test należy kliknąć zielony guzik Run. Rozpocznie to proces testowania, a na płytce zapali się czerwona dioda testing. Po zakończeniu testu wyświetli się okno wyników. Uwaga: w przypadku błędnych wektorów program automatycznie je poprawi. Interpretacja wyników Kolejny rysunek przedstawia wynik testu przeprowadzonego dla trzywejściowej bramki NOR. Podano 3 wektory testowe (odpowiednio kolumny 101, 001, 000), a testowane były defekty typu Stuck-at-Fault (odpowiednie wiersze). Użyto napięciowej metody testowania. 13

17 Rys.10. Tabela wyników. Skrajna lewa kolumna zawiera listę testowanych defektów. Kolejne trzy kolumny przedstawiają nam wykrywalność danego błędu przy pomocy konkretnego wektora. Symbol 0 oznacza ze błąd nie został wykryty, natomiast czerwona 1 sygnalizuje wykrycie błędu. Ostatnia kolumna podsumowuje sprawdzane defekty. Jeśli przynajmniej jeden z wektorów wykrył dany błąd w układzie, test zostaje uznany za udany i oznaczony jako 1. Stosunek 1 w tej kolumnie do wszystkich defektów wyznacza nam współczynnik pokrycia błędu. Ostatni wiersz przedstawia nam oczekiwany stan na wyjściu (wysoki, niski) w przypadku podania danego wektora testowego i układu bez defektów. Uwagi: Tabela wyników jest identyczna dla metody napięciowej i prądowej. 14

18 Interpretacja wyników (pojedynczy defekt) W przypadku testowania pojedynczego defektu tabela wyników wygląda nieco inaczej (Rys.). Rysunek przedstawia taki sam zestaw wektorów testowych, a wprowadzony błąd to zwarcie wejścia A do masy. Rys.11. Tabela wyników (pojedynczy defekt). W przypadku badania pojedynczego błędu wektory testowe przedstawione są w kolejnych rzędach. Kolumna oznaczona jako Q przedstawia uzyskany wynik na wyjściu, natomiast znacznik Ok i Fail określają, czy otrzymany wynik pokrywa się z oczekiwanym. Gdy przynajmniej jedno z wyjść układu nie odpowiada oczekiwanemu rezultatowi, wektor testowy oznaczany jest jako FAIL, co jest jednoznaczne z wykryciem błędu. W innym przypadku wektor oznaczany jest jako PASS. Generacja wektorów testowych. Program DefSim Personal posiada wbudowany generator wektorów testowych ATPG (Rys.). Dostępne są 3 typy algorytmów generujących wektory. Poniżej znajduje się krótka charakterystyka każdego z nich. Rys.12. Panel generatora wektorów. 15

19 Generator losowy jak sama nazwa wskazuje, generuje szereg losowych wektorów (ich liczbę można zdefiniować odpowiednim polu) Generator wyczerpujący generuje pełną listę wektorów testowych (2 n gdzie n jest ilością wejść układu) Uwaga: użycie tego generatora nie zapewnia 100% pokrycia błędów. Niektóre defekty ujawniają się tylko w pewnych warunkach. Dla niektórych typów błędów może zajść sytuacja, w której trzeba będzie podać długi ciąg wektorów testowych, aby wykryć pojedynczy błąd. Generator SAF ATPG jest to specjalny algorytm, mający na celu wykrycie wszystkich błędów typu SAF. Test ten jest skuteczny, jednak niekoniecznie najszybszy. Algorytm gwarantuje przetestowanie wszystkich możliwych defektów SAF, jednak nie wykonuje optymalizacji końcowego zestawu wektorów testowych. 16

20 Rozdział 4 Pomoc techniczna. W tym rozdziale zostaną krótko przedstawione problemy, jakie mogą wystąpić podczas instalacji i użytkowania pakietu DefSim. Problemy z instalacją. Należy upewnić się, czy instalator nie jest uszkodzony. W razie potrzeby należy pobrać go ponownie ze strony producenta: Problemy z obsługą pakietu. Do poprawnego funkcjonowania pakietu niezbędny jest pakiet Java Runtime Environment (do pobrania na stronie Urządzenie nie zostaje wykryte przez system Windows Należy sprawdzić, czy świecą się diody kontrolne zasilania układu. Jeśli nie, należy sprawdzić, czy zostały zainstalowane sterowniki portu USB (Sprzęt -> Menadżer Urządzeń). Jeśli kontrolki się świecą a urządzenie nadal nie zostało wykryte należy przeinstalować sterownik, lub spróbować dodać go ręcznie do rejestru (dokładna instrukcja na stronie producenta Inne problemy. Niektóre z defektów nie są wykrywane za każdym razem. Układ może przestać reagować na nasze polecenia po pewnym czasie. W takim przypadku należy odłączyć urządzenie od portu USB i po chwili podłączyć ponownie. Więcej informacji w oryginalnej, anglojęzycznej instrukcji udostępnionej przez producenta. 17