JTAG.ТЕСТ - технологии граничного сканирования, методики тестопригодного проектирования, JTAG, ICT, DFT
В JTAG мы знаем все!
«... Мы говорим JTAG, подразумеваем — ТЕСТ,
мы говорим ТЕСТ, подразумеваем — JTAG!»

Колонка Ами Городецкого
«JTAG-тестирование»
в журнале «Компоненты и технологии» № 3.2011 г.

Сайт журнала «Компоненты и технологии»

Техническая диагностика цифровых устройств

Нынешний номер журнала планируется к выходу к выставке «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», поэтому мне показалось своевременным посвятить колонку этого номера несколько позабытым в российской электронике аспектам неразрушающего контроля и технической диагностики, для начала — цифровых устройств.

Весьма характерным индикатором, указывающим на совершенное отсутствие электроники как дисциплины вообще, и цифровой электроники — частности, является определение понятия «техническая диагностика» в Википедии, которая утверждает, что «в зависимости от технических средств и диагностических параметров, которые используют при проведении диагностирования, можно составить следующий неполный список методов диагностирования: органолептические методы, вибрационные, акустические, тепловые, ...». При всем моем уважении к приведенным методам технической диагностики, единственными ободряющими словами в определении Википедии мне показались слова «неполный список». В списке разделов указанной выставки мы также не находим ничего, что хоть как-то было бы связано с технической диагностикой и неразрушающим контролем дефектов в электронике, что, в самом деле, теснейшим образом связано с разработкой, производством, тестированием и отладкой микросхем, плат, узлов и систем всюду в мире.

В советской электронике, между тем, техническая диагностика была энергично развивавшимся направлением, в рамках которого работало множество предприятий, университетов и отдельных исследователей, среди которых встречались имена весьма незаурядные. Многим из тех, кто имел отношение к этому направлению исследований и эффективных практических разработок, памятен, например, учебник: Гольдман Р.С., Чипулис В.П. Техническая диагностика цифровых устройств, М., Энергия, 1976, который длительное время был буквально настольной книгой. Именно название этой замечательной книги, по которой все мы учились, я процитировал в заглавии нынешней колонки, ни в малейшей степени не претендуя на то, чтобы даже приблизиться к уровню этой книги, но лишь для того, чтобы совсем вкратце обратить внимание на современные технологии технической диагностики цифровых устройств, которые не только давно и успешно существуют, но в последнее время находятся в фазе немыслимого прежде стремительного развития.

Лучшим современным средством для выполнения диагностического анализа структурных (не функциональных) дефектов цифровых, а также частично аналоговых, устройств последние 20 лет были и остаются технологии JTAG, известные также под названием «граничное сканирование» [1]. Начальная версия этих технологий в стандарте IEEE 1149.1 ставила перед собой весьма скромные цели — предложить решение для тестирования ПП с ограниченным доступом в сочетании с методами контактного доступа типа ICT. Однако очень быстро диапазон применений технологий JTAG расширился настолько, что отцы-основатели этого стандарта вряд ли могли себе это представить.

Успешно продолжающаяся разработка новых стандартов и технологий JTAG, которые мы постоянно обсуждаем в этой колонке, вызвана неуклонно усложняющимися проблемами тестирования многослойных ПП и многоуровневых СБИС. Наряду с цифровым JTAG-стандартом IEEE 1149.1 и его весьма популярным расширением на дифференциальные LVDS-цепи — IEEE 1149.6 [2], существует также его аналоговое расширение (IEEE 1149.4), не получившее пока заметного применения, а также совсем недавно вышедший новейший JTAG-стандарт IEEE 1149.7 [3]. Проблемы тестирования ЗУ в технологии JTAG стимулировали разработку нового стандарта IEEE P1581, а усложнение систем и необходимость их тестового JTAG-обслуживания вызвало начало разработки системных расширений технологии JTAG для тестирования совокупностей ПП, объединяемых системными или кросс-платами.

Далеко не все проблемы технической диагностики цифровых устройств к настоящему времени решены, и не для каждой из них можно даже очертить контуры возможных решений, которые вследствие взрывообразного развития самих цифровых устройств постоянно сдвигаются и размываются. Задачи технической диагностики цифровых устройств, с успехом решаемые в настоящее время при помощи JTAG-технологий, можно систематизировать следующим образом.

1-а) Техническая диагностика отдельных ИС при их производстве и эксплуатации:

  • Верификация правильности разработки и функционирования СБИС при наличии JTAG-доступа к отдельным внутренним IP и инструментам ИС; обеспечение унифицированных средств такого доступа является, в сущности, задачей разрабатываемого в настоящее время стандарта Р1687 [4].
  • Структурное тестирование связей между встроенными модулями ИС при помощи JTAG-оболочек совместно с другими DFT-структурами, такими как внутренние цепочки сканирования и механизмы встроенного тестирования; аппаратные и алгоритмические возможности такого тестирования определяются уже существующим стандартом IEEE 1500.
  • Эмуляция микропроцессоров для их функционального тестирования, управляемая по JTAG-каналам; такое тестирование определяется существующим стандартом IEEE 5001, известным также как Nexus 5001.

1-б) Техническая диагностика отдельных ПП при их производстве и эксплуатации:

  • Диагностика неисправностей монтажа ПП, включающая обнаружение дефектов монтажа ИС-JTAG и связей между ними.
  • Диагностика неисправностей монтажа ПП, включающая обнаружение дефектов монтажа других ИС, не поддерживающих JTAG (элементы памяти, кластерные структуры), и дефектов связей между ними [5].
  • Внутрисхемное программирование конфигурируемых элементов, таких как ПЛМ, FPGA, ЭСППЗУ, I2C, а также прожиг ИС флэш памяти [6].

1-в) Техническая диагностика cовокупностей ПП и узлов при их сборке и эксплуатации, в предположении, что отдельные или все ПП снабжены JTAG-цепочками, и к каждой из них имеется либо непосредственный доступ, либо доступ с объединяющей платы посредством той или иной схемы коммутации:

  • Диагностика наличия или отсутствия ПП в разъеме кросс-платы, используя адресные идентификаторы разъемов.
  • Диагностика неисправностей соединения ПП с разъемом кросс-платы.
  • Диагностика неисправностей в связях между отдельными ПП через кросс-плату.
  • Управление схемами самотестирования на отдельных ПП, собранных в узел, т.е. запуск программ самотестирования и диагностика неисправностей по результатам прогона теста.

Проблемы диагностирования неисправностей, в решении которых JTAG-технологии малоэффективны или вовсе неприменимы, а также типы неисправностей, необнаружимые этими методами, сводятся, в основном, к функциональным неисправностям любого уровня — в ИС, ПП или узлах. В той же форме сравнения, что и выше, такие проблемы можно систематизировать следующим образом.

2-а) Техническая диагностика отдельных ИС при их производстве и эксплуатации:

  • Диагностика функциональных неисправностей, как цифровых, так и аналоговых, при помощи JTAG-технологий невыполнима, хотя JTAG-каналы широко используются для доступа ко внутренним высокоскоростным цепям ИС и манипулирования ими; примером такого подхода может служить весьма успешная методика IBIST фирмы Intel [7].

2-б) Техническая диагностика отдельных ПП при их производстве и эксплуатации, а также совокупностей ПП и узлов при их сборке и эксплуатации:

  • Невозможно обнаружение никаких дефектов монтажа, связанных с элементами, не имеющими JTAG-поддержки, цифровыми или аналоговыми, а также диагностика дефектов связей между ними.
  • Невозможно выполнение никаких функциональных тестов или тестов, направленных на обнаружение неисправностей, являющихся той или иной функцией времени.
  • Невозможно выполнение никаких тестов, направленных на обнаружение таких дефектов шин данных, например, шины PCI, как дрожание фазы (jitter), паразитные связи (crosstalk), интерференция и т.д.

Задачи технической диагностики, решаемые в рамках JTAG-технологий, относятся, в первую очередь, к обнаружению структурных, а не функциональных неисправностей. При этом мы обычно исходим из предположения, что в результате тестопригодного проектирования имеется доступ к возможным местам возникновения этих неисправностей посредством того или иного JTAG-регистра, если речь идет о тестировании на уровне отдельных плат или систем, или посредством т.н. JTAG-оболочки, если речь идет о тестировании на уровне ядер ИС. Несомненно, что новые JTAG-технологии [4] и определяемые ими схемные структуры откроют новые области покрытия неисправностей, недостижимые сегодня. Маловероятно, тем не менее, что неисправности, проявляющиеся в высокоскоростных схемах тестирования передачи данных, можно будет обнаружить в рамках того или иного JTAG-тестирования.

Выбор стратегии тестирования и диагностики дефектов является непростой задачей для контрактных производителей современных плат высокой сложности. Эффективность стратегии тестирования может оказаться ключевым фактором при выборе технической политики компании при ее естественом стремлении к понижению стоимости выпускаемых ПП. Производство сложных современных ПП обуславливает следующие проблемы диагностики дефектов монтажа:

  • значительное ограничение возможностей визуального контроля качества монтажа, в частности, в связи с широким применением корпусов BGA;
  • почти полное отсутствие возможностей физического доступа к узлам и контактам ПП из-за недостатка места с обеих сторон ПП, ограничивающее применение внутрисхемного тестирования ICT;
  • недостаточная тестопригодность ПП, сужающая уровень тестового покрытия в технологиях JTAG даже при наличии соответствующих программно-аппаратных средств;
  • высокая стоимость ручных работ квалифицированных инженеров при неавтоматизированном поиске дефектов монтажа и отладке ПП, а также значительные временные затраты;
  • высокая стоимость производства игольчатых адаптеров для ICT;
  • усложненная диагностика неисправностей при внутрисхемном (ICT) и функциональном тестировании (ФТ).

Существенным фактором успеха компаний в условиях жесткой конкуренции является максимально полное использование имеющихся в их распоряжении (или доступных им тем или иным способом) средств тестирования и сбалансированное пополнение парка этих средств. Спектр средств и методов тестирования и диагностики включает в себя, как известно, осциллографы и логические анализаторы, эмуляторы и анализаторы протоколов, тестеры ICT и JTAG-тестеры, рентгеновские установки (AXI), автоматический визуальный контроль (AOI), тестеры с летающими щупами (FPT). Кроме того, для почти всех ПП традиционно и широко используется ФТ.

Совсем непросто сформулировать критерии выбора тех или иных средств и стратегий технической диагностики. Статистика утверждает, что от 80% до 90% дефектов в сложных современных ПП — это дефекты монтажа, нуждающиеся для своей диагностики в проведении структурного тестирования. Тестеры AOI и AXI вполне эффективны для обнаружения некоторых, но не всех, дефектов монтажа до запитывания тестируемой ПП и не требуют специальных адаптеров для их применения. Тестеры ICT исключительно эффективны практически во всех случаях и почти для любых ПП, но при ограниченном бюджете тестирования может быть целесообразной их замена на совместное применение тестеров AOI, JTAG и ФТ. Факторы, которые обычно принимаются во внимание при выборе того или иного типа тестера, это:

  • размеры капитальных вложений в связи с приобретением тестера;
  • стоимость разработки и поддержки тестовых и диагностических программ;
  • производительность тестера (в условиях массового производства);
  • уровень покрытия неисправностей;
  • диагностические возможности поиска дефектов.

Любая действующая стратегия тестирования и диагностики совмещает, в тех или иных сочетаниях, структурное тестирование (ICT, JTAG, AOI, AXI, FPT) с функциональным тестированием. ФТ обнаруживает неисправности платы, если они существуют, но затраты на разработку и проведение такого теста обычно значительны, а диагностика неисправностей монтажа, обеспечиваемая ФТ, не слишком эффективна, поэтому без предварительной сортировки на тестерах JTAG, AOI и AXI функциональное тестирование ПП далеко не всегда оправдано. Диагностика в структурном тестировании обычно намного более детальна, а полнота покрытия неисправностей заметно выше. Желание получить почти 100% покрытие дефектов вполне реально, хотя на практике уровень покрытия неисправностей — это компромисс между рядом факторов, основные из которых — стоимость тестопригодного проектирования ПП, время и стоимость разработки теста, время и затраты на прогон теста и выполнение диагностических процедур.

Никакая из технологий структурного тестирования не обеспечивает 100% покрытия дефектов монтажа сама по себе и для любых схем, поэтому те или иные комбинации разных технологий призваны обеспечить приемлемый уровень диагностики дефектов для тех схем и для тех типов неисправностей, в которых они максимально эффективны. JTAG-тест, например, незаменим для обнаружения коротких замыканий во внутренних цепях ПП и покрывает эти весьма актуальные неисправности монтажа куда лучше прочих методов. Еще в большей степени JTAG-тест пригоден для обнаружения обрывов или «холодной пайки», когда места этих дефектов, особенно под корпусами BGA, не локализуемы ни визуально (AOI), ни рентген-контролем (AXI), ни на тестерах ICT или FPT.

Характер монтируемых ПП и возникающих при их монтаже неисправностей весьма различен для разных линий сборки и разных контрактных производителей ПП. Целью оптимизации стратегии тестирования и диагностики неисправностей для каждой отдельной линии является получение максимально эффективного совокупного теста, гарантирующего высокое качество сборки ПП при условии приемлемых затрат. Как и в прочих подобных случаях, получение профессиональной консультации у экспертов, обладающих достаточным опытом и целостным взглядом на процессы производства ПП — от разработки их схем до тестирования и диагностики результатов их монтажа, зачастую оказывается наиболее оправданной инвестицией.

Литература

  1. Введение в технологию граничного сканирования
  2. Стандарт граничного сканирования IEEE 1149.6 для дифференциальных цепей
  3. Новый JTAG-стандарт IEEE 1149.7
  4. Взаимосвязь стандартов тестирования IEEE P1687 и IEEE 1149.7
  5. JTAG-тестирование кластеров
  6. Прожиг флэш-памяти в протоколе JTAG
  7. Встроенные инструменты тестирования

Авторизоваться:

Логин (e-mail):
Пароль:
Регистрация / Забыли пароль?

КОЛОНКИ в ЖУРНАЛАХ
    · Тестирование и тестопригодное проектирование («КиТ» № 2, 2009)
    · Встроенные инструменты тестирования («КиТ» № 3, 2009)
    · Неисправность монтажа BGA — что делать? (Апрельские тезисы) («КиТ» № 4, 2009)
    · Стратегия тестирования: нужен ли нам JTAG? (Как убедить начальника) («КиТ» № 5, 2009)
    · JTAG на системном уровне и тестирование кросс-плат («КиТ» № 6, 2009)
    · Функциональное тестирование и эмуляция средствами граничного сканирования (JTAG) («КиТ» № 7, 2009)
    · Аспекты тестопригодности в файлах BSDL («КиТ» № 9, 2009)
    · Покрытие неисправностей и полнота JTAG-тестирования («КиТ» № 9, 2009)
    · JTAG-тестирование кластеров («КиТ» № 1, 2010)
    · Тестирование компонент памяти в технологии JTAG (1) («КиТ» № 2, 2010)
    · Тестирование компонент памяти в технологии JTAG (2) («КиТ» № 3, 2010)
    · Новый JTAG-стандарт IEEE 1149.7 («КиТ» № 4, 2010)
    · Прожиг флэш-памяти в протоколе JTAG («КиТ» № 5, 2010)
    · Новейший стандарт JTAG-тестирования: IEEE P1149.8.1 («КиТ» № 6, 2010)
    · Стандарт тестопригодного проектирования IEEE P1687 («КиТ» № 7, 2010)
    · Материалы международной конференции по тестированию электроники ITC-2009 (1) («КиТ» № 8, 2010)
    · Материалы международной конференции по тестированию электроники ITC-2009 (2) («КиТ» № 9, 2010)
    · Материалы международной конференции по тестированию электроники ITC-2009 (3) («КиТ» № 10, 2010)
    · Применение осциллографов для визуализации протокола JTAG («КиТ» № 11, 2010)
    · Дистанционное JTAG-тестирование («КиТ» № 12, 2010)
    · Кому понадобится новый стандарт IEEE 1687? («КиТ» № 01, 2011)
    · Взаимосвязь стандартов тестирования IEEE P1687 и IEEE 1149.7 («КиТ» № 02, 2011)
    · Техническая диагностика цифровых устройств («КиТ» № 03, 2011)
    · FPGA и ПЛИС в JTAG-тестировании («КиТ» № 04, 2011)
    · Система JTAG-тестирования onTAP («КиТ» № 05, 2011)
    · Внутрисхемное программирование и JTAG-цепочки («КиТ» № 06, 2011)
    · Снова о внутрисхемном тестировании ICT («КиТ» № 07, 2011)
    · Снова о внутрисхемном тестировании (продолжение) («КиТ» № 08, 2011)
    · Еще раз о внутрисхемном тестировании (окончание) («КиТ» № 09, 2011)
    · Тестирование ICT: векторное или безвекторное? («КиТ» № 11, 2011)
    · Введение в технологию IEEE Std. 1581 тестирования ЗУ (1) («КиТ» № 07, 2012)
    · Введение в технологию IEEE Std. 1581 тестирования ЗУ (2) («КиТ» № 08, 2012)




 

Карта сайта | О нас | Услуги | Софт & хард | JTAG-Библиотека | Партнеры и заказчики | Поддержка | onTAP | Контакты | Монография
Написать вебмастеру
© JTAG.ТЕСТ, 2009.
Все права защищены.