Εισαγωγή στον έλεγχο ορθής λειτουργίας ψηφιακών συστημάτων. Δημήτρης Νικολός, Τμήμα Μηχ. Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής, Παν.

Transcript

1 Εισαγωγή στον έλεγχο ορθής λειτουργίας ψηφιακών συστημάτων 1

2 Περίγραμμα παρουσίασης Ανάγκη για έλεγχο ορθής λειτουργίας Επιβεβαίωση σχεδιασμού έναντι επιβεβαίωσης ορθής λειτουργίας μετά την κατασκευή και περιοδικού ελέγχου ορθής λειτουργίας Θέματα ελέγχου της ορθής λειτουργίας Προβλήματα που σχετίζονται με τον έλεγχο της ορθής λειτουργίας Οικονομικά θέματα που σχετίζονται με τον έλεγχο της ορθής λειτουργίας 2

3 Η ανάγκη για έλεγχο της ορθής λειτουργίας Σκοπός του ελέγχου ορθής λειτουργίας είναι να ελέγξει εάν ένα προϊόν λειτουργεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές του 3

4 Είδη ελέγχου Επιβεβαίωση σχεδιασμού (Verification testing or design verification) Έλεγχος ορθής λειτουργίας μετά την κατασκευή ή έλεγχος παραγωγής (Manufacturing testing or production testing) Περιοδικός έλεγχος ορθής λειτουργίας (Periodic testing) 4

5 Διαδικασία ανάπτυξης Ολοκληρωμένου Κυκλώματος, ΟΚ 5

6 Διαδικασία ανάπτυξης συστήματος 6

7 Λογικός έλεγχος Παραμετρικός έλεγχος (Parametric testing) Λογικός έλεγχος (Logic testing) 7

8 Η αρχή του λογικού ελέγχου 8

9 Λογικός έλεγχος Λειτουργικός έλεγχος (Functional) Δομικός έλεγχος (Structural) 9

10 Σφάλματα και η ανίχνευσή τους δ.1 Οι φυσικές βλάβες (Physical failures) ή ελαττώματα (defects) εκδηλώνονται ως ηλεκτρικές βλάβες και ερμηνεύονται σε λογικό επίπεδο ως σφάλματα (faults).» Παράδειγμα - ελάττωμα: βραχυκύκλωμα μιας γραμμής του κυκλώματος με τη γείωση - ηλεκτρική βλάβη: ρεύμα τρέχει από τη γραμμή του κυκλώματος προς τη γείωση - σφάλμα: η γραμμή του κυκλώματος έχει μόνιμα τη λογική τιμή 0 10

11 Σφάλματα και η ανίχνευσή τους δ.2 Πολλά ελαττώματα αντιστοιχούν σε λιγότερα ή ακόμη και ένα είδος σφάλματος Η κύρια κατηγορία σφαλμάτων που μελετάμε στα ψηφιακά κυκλώματα είναι τα σφάλματα μόνιμης τιμής (Stuck-at tfaults) 11

12 Σφάλματα και η ανίχνευσή τους δ.3 Ένα σφάλμα ανιχνεύεται από ένα διάνυσμα δοκιμής (test pattern ή test vector) Αυτό είναι ένας συνδυασμός λογικών τιμών που επιβεβαιώνει την παρουσία σφάλματος Σύνολο δοκιμής (Test set ) είναι ένα σύνολο από διανύσματα δοκιμής 12

13 Ανίχνευση απλών σφαλμάτων μόνιμης τιμής δ.11 A B Z είσοδοι απόκριση Απόκριση με σφάλμα AB χωρίς σφάλμα A/0 B/0 Z/0 A/1 B/1 Z/

14 Ανίχνευση απλών σφαλμάτων μόνιμης τιμής δ.22 A B Z είσοδοι απόκριση Απόκριση με σφάλμα AB χωρίς σφάλμα A/0 B/0 Z/0 A/1 B/1 Z/

15 Ανίχνευση απλών σφαλμάτων μόνιμης τιμής A B Z είσοδοι απόκριση Απόκριση με σφάλμα AB χωρίς σφάλμα A/0 B/0 Z/0 A/1 B/1 Z/

16 Κάλυψη σφαλμάτων (Fault Coverage) Κάλυψη σφαλμάτων (ΚΣ) που επιτυγχάνεται από ένα σύνολο δοκιμής: ΚΣ= (πλήθος σφαλμάτων που ανιχνεύονται από το σύνολο δοκιμής)/(συνολικό πλήθος σφαλμάτων) 100% κάλυψη σφαλμάτων δεν εγγυάται ότι το κύκλωμα δεν έχει κανένα ελάττωμα Ο έλεγχος ορθής λειτουργίας ανιχνεύει μόνο ελαττώματα που αντιπροσωπεύονται από το συγκεκριμένο μοντέλο σφαλμάτων 16

17 Απόδοση ανίχνευσης σφαλμάτων Η απόδοση ανίχνευσης σφαλμάτων, ΑΑΣ, (Fault detection efficiency) ορίζεται ως εξής: ΑΑΣ= (πλήθος σφαλμάτων που ανιχνεύονται από ένα σύνολο δοκιμής) / [( συνολικός αριθμός σφαλμάτων)- (σφάλματα φ μ που δε μπορούν να ανιχνευτούν)] 17

18 Η αρχή του λογικού ελέγχου 18

19 Που βρίσκεται ο ελεγκτής; Έλεγχος που βασίζεται σε εξωτερική συσκευή ελέγχου Χρησιμοποίηση η η κυκλωμάτων που βρίσκονται στο ίδιο ολοκληρωμένο κύκλωμα με την υπό έλεγχο μονάδα για παραγωγή των διανυσμάτων δοκιμής και αξιολόγηση των αποκρίσεων της υπό έλεγχο μονάδας Συνδυασμός των ανωτέρω 19

20 Έλεγχος που βασίζεται αποκλειστικά σε εξωτερική συσκευή ελέγχου Oι συσκευές αυτές περιλαμβάνουν : διατάξεις προσπέλασης (fixture), υλικό (hardware) και λογισμικό (software) Ελεγκτές για ψηφιακή λογική, μνήμες και αναλογικά κυκλώματα Tο κόστος των συσκευών ελέγχου είναι πάρα πολύ μεγάλο 20

21 Κατάσταση του λειτουργικού κυκλώματος κατά τον έλεγχο της ορθής λειτουργίας Το λειτουργικό κύκλωμα είναι εκτός κανονικής λειτουργίας (Off-line testing) Κάποιες μονάδες του υπό έλεγχο ολοκληρωμένου κυκλώματος βρίσκονται σε κατάσταση κανονικής λειτουργίας (On-line testing) Κατά την κανονική λειτουργία μιας μονάδας γίνεται ταυτόχρονα και έλεγχος της ορθής της λειτουργίας (Concurrent testing) Αυτοελεγχόμενα κυκλώματα 21

22 Πηγές δυσκολίας του ελέγχου ορθής λειτουργίας Συνδυαστικά κυκλώματα με πολύ μγ μεγάλο αριθμό εισόδων Ακολουθιακά κυκλώματα Μεγάλος λόγος πλήθους πυλών προς πλήθος ακροδεκτών εισόδου/ εξόδου Πολύ μικρές γεωμετρίες Απαίτηση ελέγχου ορθής λειτουργίας στη συχνότητα της κανονικής αο ήςλειτουργίας Έλεγχος ορθής λειτουργίας συστημάτων που σχεδιάζονται χρησιμοποιώντας προσχεδιασμένες μονάδες και υλοποιούνται σε ένα ολοκληρωμένο κύκλο Απαιτήσεις για μικρούς χρόνους ανάπτυξης (Time to market requirements) 22

23 Απαίτηση για έλεγχο ορθής λειτουργίας στη συχνότητα λειτουργία τους (speed testing) M. L. Bushnell and V. D. Agrawal, KAP

24 Πηγές δυσκολίας του ελέγχου ορθής λειτουργίας Συνδυαστικά κυκλώματα με πολύ μγ μεγάλο αριθμό εισόδων Ακολουθιακά κυκλώματα Μεγάλος λόγος πλήθους πυλών προς πλήθος ακροδεκτών εισόδου/ εξόδου Πολύ μικρές γεωμετρίες Απαίτηση ελέγχου ορθής λειτουργίας στη συχνότητα της κανονικής αο ήςλειτουργίας Έλεγχος ορθής λειτουργίας συστημάτων που σχεδιάζονται χρησιμοποιώντας προσχεδιασμένες μονάδες και υλοποιούνται σε ένα ολοκληρωμένο κύκλο Απαιτήσεις για μικρούς χρόνους ανάπτυξης (Time to market requirements) 24

25 Συστήματα που υλοποιούνται σε ένα ΟΚ (SOC testing) RAM Interface Block (RT Level ) Controller (algorithm) Micropro. (Layout) UDL FPGA DSP (Netlist) t) UDL RAM 25

26 Πηγές δυσκολίας του ελέγχου ορθής λειτουργίας Συνδυαστικά κυκλώματα με πολύ μγ μεγάλο αριθμό εισόδων Ακολουθιακά κυκλώματα Μεγάλος λόγος πλήθους πυλών προς πλήθος ακροδεκτών εισόδου/ εξόδου Πολύ μικρές γεωμετρίες Απαίτηση ελέγχου ορθής λειτουργίας στη συχνότητα της κανονικής αο ήςλειτουργίας Έλεγχος ορθής λειτουργίας συστημάτων που σχεδιάζονται χρησιμοποιώντας προσχεδιασμένες μονάδες και υλοποιούνται σε ένα ολοκληρωμένο κύκλο Απαιτήσεις για μικρούς χρόνους ανάπτυξης (Time to market requirements) 26

27 Απαιτήσεις για μικρούς χρόνους παραγωγής (Time to Market) 27

28 Σχεδιασμός για δοκιμαστικότητα (Design For Test - DFT) Η πολυπλοκότητα της διαδικασίας εξαγωγής διανυσμάτων δοκιμής και η μειωμένη προσπέλαση των μονάδων ενός συστήματος που σχεδιάζεται σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, ώθησαν στην ανάπτυξη σχεδιαστικών μεθόδων που οδηγούν σε εύκολο έλεγχο της ορθής λειτουργίας του συστήματος. 28

29 Κύκλος σχεδίασης Behavioural Description Gate Behavioral DFT Synthesis Technology Mapping Libraries RTL Description Layout Logic DFT Synthesis Gate Description Parameter Extraction Manufacturing Libraries Test Pattern Generation Product Test Application low Fault high Good Product Coverage? 29

30 Απόδοση της γραμμής παραγωγής (Yield) δ.1 Απόδοση της γραμμής παραγωγής: Y=G/(G+B) G: είναι το πλήθος των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που πέρασαν όλους τους ελέγχους B: είναι το πλήθος των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που απέτυχαν σε κάποιο έλεγχο ορθής λειτουργίας 30

31 Απόδοση της γραμμής παραγωγής (Yield) δ.2 Είναι δύσκολο να βρούμε την ακριβή τιμή της απόδοσης της γραμμής παραγωγής διότι:» ελαττώματα που δεν αντιπροσωπεύονται από τα μοντέλα σφαλμάτων που λάβαμε υπόψη μας δεν ανιχνεύονται» έλλειψη πληροφορίας αφότου τα ολοκληρωμένα κυκλώματα πουληθούν 31

32 Ποσοστό διαφυγής ελαττωματικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (Defect level) Το ποσοστό διαφυγής ελαττωματικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων δίνει το ποσοστό των ελαττωματικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που πέρασαν τον έλεγχο ορθής λειτουργίας Ελαττωματικά ολοκληρωμένα κυκλώματα ανά εκατομμύριο (Defective Parts per Million, DPM) 32

33 Απόδοση γραμμής παραγωγής & ποσοστό ελαττωματικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων Defect Level % DPM Y=50% Y=90% TT% C% 33

34 Οικονομικά θέματα που σχετίζονται με τον έλεγχο της ορθή λειτουργίας 34