Boundary Scan IEEE 1149.1 Caio Ramos Alexandre Coelho.

Boundary ScanIEEE 1149.1

Caio Ramos

Alexandre Coelho

INTRODUÇÃO

• Introdução• Motivação e História.• Norma IEEE 1149.1• Arquitetura Boundary Scan• Estudo de Caso AMD GEODE

INTRODUÇÃO

• Desde meados de 1970, testes estruturais em PCBs eram feitos apenas com o uso da técnica “bed-of-nails”.

• O Teste é baseado em duas fases e tem como objetivos checar a presença, orientação e ligação dos dispositivos presentes na placa.

– Testes de Power-on and Power-off;– Teste baseado em impedância;

INTRODUÇÃO

MOTIVAÇÃO

• Motivação para o Boundary Scan:

– Avanços na área de VLSI (ASICs); – Altas densidades dos dispositivos;– Miniatuarização nos encapsulamentos;– Multi-Layer Boards;– Redução do acesso físico;– Qualidade dos Testes;– Necessidade de contruir acesso dentro dos

dispositivos (boundary scan register); – Etc...

HISTÓRIA

• Em 1985 um grupo de empresas européias de sistemas eletrônicos, formaram o “Joint European Test Action Group” (JETAG);

• O método escolhido pelo grupo era o de acessar os pinos dos devices por meio de um “serial shift register” interno através dos limites dos dispositivos

– boundary scan register

HISTÓRIA

• Em 1988 com a entrada da América do Norte formaram o “Joint Test Access Group” (JTAG);

• Em 1990, o IEEE refinou o conceito e criou a norma 1149.1 standard, conhecida como:

– IEEE Standard Test Access Port and Boundary Scan Architecture.

Boundary Scan (BS)

• Boundary Scan é uma metodologia que permite completa controlabilidade e observabilidade dos pinos de dispositivos JTAG compatíveis sendo estes controlados por software.

• Permite acesso direto às entradas e saídas dos chips na placa.

• Forma uma “scan chain” a nível de placa.

Boundary Scan (BS)

Boudary Scan Arquitetura

IEEE 1149.1

• Primeira publicação em 1990, revisada em 1993, 1994 e mais recente em 2001.

• Revisão 1149.1a-1993

– Várias correções e melhorias;– Foi introduzido duas novas instruções;

• Revisão 1149.1b-1994

– Boundary-Scan Descripton Language(BSDL).

IEEE 1149.1

• Revisão 1149.1-2001

– Remove uso dos 0s obrigatórios para instruções Extest (Testar curtos e abertos);

– Sample/Preload foi separada em duas instruções;

– Preload e Sample continuam mandatórios (Carregar e descarregar a cadeia);

BSDL

• Boundary Scan Description Language

– é um subconjunto de VHDL, usado para descrever como o JTAG é implementado.

• Descrição da entidade

– Parâmetros genéricos– Descrição das portas lógicas– Comando dos pinos– Identificação das portas scan– Descrição dos registradores(Intruções, Acesso e

Boundary).

DFT

• DFT (Design For Testability) refere-se às técnicas de projeto que tornam a geração e aplicação de teste efetivos .

• Métodos de DFT para circuitos digitais

– Métodos ad-hoc– Métodos estruturados

• Scan • Boundary Scan• Built-in self-test(BIST)

Layout Scan

DFT IMPACTOS NO TIME-TO-MARKET

• Tempo de Design

– Acresscimo de 5 - 15% • Regras de DFT e ATPG

– Ajuda a encontrar erros de design• Tempo de desenvolvimento de Testes

– Redução de 20 - 35%• Benefícios Adicionais

– Redução de tempo de Debug e do Bring-up

NORMA IEEE 1149.1 TEMPO REAL

• A norma IEEE 1149.1 possibilita o teste da integridade estrutural de uma placa.

• Possibilita os testes dos CI enquanto estão em um modo não funcional.

• Não pode ser utilizado efetivamente para os testes de CI durante o funcionamento normal dos mesmos.

• A norma permite ao registrador “boundary scan” reter uma amostra do fluxo de dados.

• Não sincroniza depuração em RT e sua execução com a operação do CI teste.


• Abordagens que contemplam depuração em TR é implementada pelos circuitos abaixo:

– DBM (Digital Bus Monitor);• Desenvolvido em 1991• Memoria para armazenamento

– MicroSpy


• DBM (Digital Bus Monitor)


• MicroSpy

Arquitetura

• A arquitetura de teste deve conter:– Test Access Port (TAP);

– Controlador TAP;

– Registrador de Instrução;

– Registradores de dados de teste.• Boundary-scan e bypass

• Os registradores de instrução e de dados devem ser paralelos e terem entradas e saídas comuns;

• A escolha entre o registrador de instrução e dados é feita através do controlador TAP.

ArquiteturaCircuito Integrado

ArquiteturaPlaca

Modos de Interconexão

• O TAP pode ser conectado a nível de placa de uma maneira apropriada para cada produto;

• O dispositivo bus master deve possibilitar essa conexão.

•



Test Access Port

• Deve incluir, pelo menos, os seguintes sinais:– TCK (Test Clock)

– TDI (Test Data Input)

– TMS (Test Mode Select)

– TDO (Test Data Output)

• Pode conter um sinal adicional: – TRST (Test Reset)

• Todos devem ser conexões exclusivas.

Test Access Port

• TCK (Test Clock)– Clock dedicado, independente do clock do sistema;

– A freqüência do clock deve ser suportada pelos componentes que compõem o sistema de teste.

– Stored-state devices (flip-flop, latches) devem guardar o valor quando o clock estiver em zero;

– O driver de clock deve suportar a carga;

Test Access Port

• TDI (Test Data Input)

– Os sinais são amostrados na borda de subida do clock;

– Recomendação de pull-up, pois o driver não pode ficar flutuando, mas deve manter lógica 1.

• TDO (Test Data Output)

– Os sinais são amostrados na borda de descida do clock;

– Deve estar inativo quando nenhum dado estiver sendo lindo para permitir conexões paralelas a nível de placa.

Test Access Port

• TMS (Test Mode Select)– Os sinais são amostrados na borda de subida do clock;– Recomendação de pull-up, pois o driver não pode ficar

flutuando, mas deve manter lógica 1;– O driver deve suportar a carga.

• TRST (Test Reset)– Inicialização assíncrona do controlador TAP;– Ativo baixo;– Um pull-up é recomendado;– TMS deve estar alto quando o sinal do TRST mudar de 0

para 1.

Test Access Port

Controlador TAP

• O controlador TAP é uma máquina de estados finita que responde por variações nos sinais de TCK e TMS. Ela controla os estados do circuito de teste.

• As transições de estado ocorrem baseadas no valor do TMS durante a borda de subida do TCK. Ou quando ocorrer o reset (TRST) ou power up.

• O controlador TAP deve gerar os sinais para controlar a operação dos outros circuitos envolvidos no teste, como: registradores de instrução, registradores de dados de teste, etc.

Controlador TAP

Controlador TAP

Controlador TAP

Registrador de Instrução

• Existem instruções requeridas e outras opcionais definidas pelo padrão;

• Instruções específicas de cada design podem ser definidas;

• •

Instruções

Instruções

Instruções

Registradores de Dados de Teste

• São no mínimo 2: – Bypass

• Permite a passagem do bit através do circuito de teste.– Boundary-scan

• Permite a detecção de problemas nas placas, como curtos, trilhas abertas, etc;

• Também permite acesso para os pinos de entrada e saída dos componentes.

• Um terceiro também é definido, sendo opcional– Device identification

• Permite a identificação dos dispositivos na placa.• Outros podem ser definidos para permitir demais testes

definidos no design.

Registrador de Identificação

• Registrador de 32 bits;

• Selecionado pela instrução Idcode;

• Idcode é a primeira instrução executada quando é ligado se o registrador de instrução existir. Se não, bypass é executada.

Exemplo – AMD Geode

• O Geode LX e Companion possui um controlador TAP IEEE 1149.1 compliant;

• O controle da CPU pode ser obtido através da interface JTAG;

• Registros internos, incluindo os do core da CPU podem ser acessados;

• Memory BIST é implementado e pode ser executado a partir da JTAG;

• No Geode LX o registrador de instrução possui 25 bits;

• No Companion o registrador de instrução possui 24 bits.

Exemplo – AMD Geode LX

Exemplo – AMD Companion

Bibliografia

• [1] http://www.asset-intertech.com/Videos/DFT%20Guidelines/DFT%20Guidelines%20Flash.html

• [2] IEEE Standard Test Access Port andBoundary-Scan Architecture

• [3] Proc. IEEE Int'l Test Conf , IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, Calif.,Oct. 1993.

• [4] PRoc. IEEEInt'l Test Conf , CS Press, Oct.1994.

• [5] IEEEStd 1149.1-1990, Test Access Portand Boundary-Scan Architecture, IEEE, Piscataway, N.J., Jan. 1992.

Bibliografia

• [6] Lee Whetse. AN IEEE 1149.1 BASED LOGIC/SIGNATURE ANALYZER IN A CHIP

• [7] Jeff Rearick. IJATG(Internal JTAG): A Step Toward a DFT Standart.

• [8] Cheng-Wen Wu. Design for Testability

• [9] Bennets R. G. Boundary Scan Tutorial

• [10] J.M. Martins Ferreira. Introdução à arquitetura IEEE 1149.1

• [11] ASSERT, INC. Guidelines for Board Desing For Test Based on Boundary Scan

Bibliografia

• [12] Texas Instruments, INC. JTAG/IEEE 1149.1 Desing Consideration

• [13] STARTEST, INC. IEEE 1149.1 Device Architecture

• [14] M. A. Alexandre, G. Fernando Moraes. Inegração de Técnicas de Teste de Hardware no Fluxo de Projetos de SOCs

• [15] Eduardo Bezerra, UFRGS. Relatório Técnico de Testes de Sistemas Digitais

• [16] J. Smith Michael. Undestanding DFT Methodologies

Bibliografia

• [17] A. Schwantes. Teste e Depuração Tempo Real de Sistemas Eletrônicos Baseados na Infraestrutura Boundary Scan.

• [18] CORELIS, INC. http://www.corelis.com/products/Boundary-Scan_Tutorial.htm

• [19] Wang Jiang Chau. Teste e testabilidade de CIS Digitais baseado em DFT-Scan

• [20] Kenneth P. Parker. The Boudary Scan-Handbook, 3rd edition (June 2003)

• [21] AMD Geode™ LX Processors Preliminary Data Book• [22] AMD Geode™ CS5536 Companion Device

Preliminary Data Book

Boundary Scan IEEE 1149.1 Caio Ramos Alexandre Coelho.

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