МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2024 года по МПК G06F11/273 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к устройствам автоматического тестирования и может применяться для испытаний заказных СБИС на рабочих частотах и верификации их проектов на ПЛИС в процессе разработки.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

При создании высокопроизводительных вычислительных систем все более широкое применение находят заказные СБИС. При увеличении вычислительной мощности СБИС, а также при наличии в них модулей оперативной памяти больших объемов особенно важным становится, помимо сокращения общего срока их разработки и производства, снижение трудоемкости и повышение достоверности контроля работоспособности перед установкой СБИС на вычислительные модули, что особенно важно при производстве крупных партий заказных СБИС. Также, в связи с высокой стоимостью заказных СБИС, актуальным становится их сортировка по техническим характеристикам, например, предельные частоты и температура безотказной работы, для обеспечения возможности использования работоспособных компонент при различных, допустимых, условиях.

Известно устройство для диагностического контроля выполнения проверок (RU №2631989 С1, МПК G06F 11/273, заявлено 22.09.2016, опубликовано 29.09.2017 Бюл. №28), содержащее генератор тестов, модель объекта контроля, стандартные микромодули, коммутатор, схему сравнения, эталонный объект контроля, счетчик числа обнаруженных неисправностей, счетчик числа введенных неисправностей, делитель, датчик случайных чисел, блок ввода неисправностей, блок управления, элемент задержки, два элемента ИЛИ, счетчик установки числа неисправностей, триггер управления, элемент И, блок управления генератором тестов.

Недостатком данного устройства для диагностического контроля выполнения проверок является отсутствие возможности верификации проектов объектов контроля при разработке, а также трудоемкость сортировки по частотным характеристикам и температурным группам при контроле их работоспособности.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является организация системы тестирования, основанная только на сравнении реакций объектов контроля с реакциями эталонных объектов.

Известны тестеры микросхем FORMULA-HF и FORMULA-HF-ULTRA предназначенные для функционального и параметрического контроля СБИС (http://www.form.ru/products/chip/), содержащие входной интерфейс взаимодействия с управляющей вычислительной машиной, память тестовых векторов воздействий и память векторов реакций, блок управления тестированием, блоки входных и выходных преобразователей уровней сигналов, плату прижимного устройства и комплект плат адаптеров для установки контролируемых СБИС.

Недостатком данных тестеров микросхем является отсутствие возможности контроля работоспособности СБИС на рабочих частотах и отсутствие возможности верификации проектов объектов контроля при их разработке.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является ограничение рабочей частоты СБИС тактом подачи тестовых векторов воздействий.

Наиболее близким устройством, к заявленному изобретению, по совокупности признаков является принятый за прототип тестер-верификатор (RU №2795419, МПК G01R 31/3177, G06F 11/273, заявлен 28.10.2022, опубликован 03.05.2023 Бюл. №13), содержащий внешний порт 1 мониторинга состояния, внешний порт 2 сетевого интерфейса, внешний порт 3 интерфейса PCI Express, внешний порт 4 контроля и управления JTAG, генератор 5 опорной частоты, память 6 данных и результатов тестирования, программируемый генератор 7 частоты обмена, управляющую ПЛИС 8, память 9 стартовой конфигурации, память 10 рабочей конфигурации, программируемый генератор 11 рабочей частоты СБИС, блок 12 мониторинга состояния, контактирующее устройство 13 с вентилятором и радиатором охлаждения СБИС, блок 14 управляемых источников питания СБИС и блок 15 управления питанием СБИС, энергонезависимую память 18 подпрограмм настройки параметров испытаний, контроллер 19 энергонезависимой памяти программ испытаний, внешний порт 20 подключения энергонезависимой памяти программ испытаний, блок 21 отображения состояния, консоль 22 ручного управления, блок 23 управления конфигурированием управляющей ПЛИС 8, блок 24 управления стабилизацией температурного режима, память 25 конфигурации автономного режима управляющей ПЛИС 8 и блок 26 управления скоростью вращения вентилятора охлаждения.

Недостатком данного тестера-верификатора заказных СБИС являются невысокая достоверность контроля работоспособности больших партий заказных СБИС перед установкой их на вычислительные модули, трудоемкость детальной идентификации характера отказов при верификации проектов и контроле работоспособности заказных СБИС, а также трудоемкость тиражирования тестов между тестерами.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются значительное увеличение времени тестирования для повышения достоверности контроля СБИС, отсутствие возможности контроля состояния ПЛИС при верификации проектов и СБИС на частотах выше частоты обмена, а также отсутствие общей (центральной, единой) системы обслуживания.

ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании многофункционального диагностического комплекса для проведения функционального контроля заказных СБИС, верификации проектов СБИС пользователями в процессе их разработки и выполнения оперативного (скоростного) и качественного (с высокой достоверностью определения неисправности) контроля работоспособности больших партий заказных СБИС.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются расширение функциональных возможностей тестирования, сокращение продолжительности и повышение достоверности контроля при испытаниях заказных СБИС.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что многофункциональный диагностический комплекс содержит управляющую ЭВМ 1 с консолями управления, коммутатор 2 портов PCI_Express, коммутатор 3 сетевых портов, внешний сетевой порт 4 пользователей, коммутатор 6 портов контроля и управления JTAG, коммутатор 7 портов мониторинга и группу из К тестовых модулей 5₁, …, 5_K, каждый из которых содержит консоль 8 ручного управления, блок 9 отображения состояния, генератор 10 опорной частоты, порт 11 подключения энергонезависимой памяти программ испытаний, блок 12 управления конфигурированием управляющей ПЛИС, блок 13 памяти конфигураций, контроллер 14 энергонезависимой памяти программ испытаний, энергонезависимую память 15 подпрограмм настройки параметров испытаний, память 20 данных и результатов тестирования, блок 21 управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения, блок 22 управления питанием, программируемый генератор 23 рабочей частоты, программируемый генератор 24 частоты обмена, блок 25 мониторинга состояния, блок 26 управляемых источников питания, контактирующее устройство 27 с вентилятором и радиатором охлаждения, блок 30 интегрированного логического анализатора состояния и управляющую ПЛИС 16, которая содержит блок 17 логического анализатора, блок 18 сигнатурного анализатора и блок 19 аппаратной генерации тестовых воздействий, реализованные на ресурсах управляющей ПЛИС 16,

причем управляющая ЭВМ 1 с консолями управления соединена с коммутатором 3 сетевых портов, с коммутатором 6 портов контроля и управления JTAG и с коммутатором 2 портов PCI Express, который соединен с управляющими ПЛИС 16 тестовых модулей 5₁, …, 5_K, а коммутатор 3 сетевых портов, соединен с внешним сетевым портом 4 пользователей, с управляющими ПЛИС 16 тестовых модулей 5₁, …, 5_K и с коммутатором 7 портов мониторинга, который соединен с блоками 25 мониторинга состояния тестовых модулей 5₁, …, 5_K, а коммутатор 6 портов контроля и управления JTAG соединен с блоком 17 логического анализатора управляющей ПЛИС 16 тестовых модулей 5₁, …, 5_K и с блоком 30 интегрированного логического анализатора состояния, который соединен с программируемым генератором 23 рабочей частоты и подключен к шине 29 управления и обмена данными, которой соединены контактирующее устройство 27 и управляющая ПЛИС 16 тестовых модулей 5₁, …, 5_K,

кроме того контактирующее устройство 27 тестовых модулей 5₁, …, 5_K соединено с программируемым генератором 24 частоты обмена, с блоком 21 управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения, с блоком 25 мониторинга состояния тестовых модулей, с блоком 26 управляемых источников питания и с шиной 28 конфигурирования с управляющей ПЛИС 16, которая соединена с блоком 21 управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения, с блоком 22 управления питанием, с памятью 20 данных и результатов тестирования, с энергонезависимой памятью 15 подпрограмм настройки параметров испытаний, с генератором 10 опорной частоты, с программируемым генератором 23 рабочей частоты, с программируемым генератором 24 рабочей частоты, блоком 25 мониторинга, с блоком 12 управления конфигурированием, с контроллером 14 энергонезависимой памяти программ испытаний, с консолью 8 ручного управления и с блоком 9 отображения состояния, который соединен с консолью 8 ручного управления, которая соединена с блоком 12 управления конфигурированием, соединенного с блоком 13 памяти конфигураций,

кроме того блок 25 мониторинга состояния соединен с блоком 21 управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения и с блоком 26 управляемых источников питания, который соединен с блоком 22 управления питанием,

причем контроллер 14 энергонезависимой памяти соединен с портом 11 подключения энергонезависимой памяти программ испытаний, а генератор 23 рабочей частоты соединен с блоком 17 логического анализатора, который совместно с блоком 18 сигнатурного анализатора и блоком 19 аппаратной генерации тестовых воздействий подключен внутри управляющей ПЛИС 16 к шине 29 управления и обмена данными.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 приведена функциональная схема многофункционального диагностического комплекса.

На фиг.1 и в тексте приняты следующие сокращения и обозначения:

КУ - контактирующее устройство с вентилятором и радиатором охлаждения;

1 - управляющая ЭВМ с консолями управления;

2 - коммутатор портов PCI_Express;

3 - коммутатор сетевых портов;

4 - внешний сетевой порт сети пользователей; 5₁, …, 5_K - группа из К тестовых модулей;

6 - коммутатор портов контроля и управления JTAG;

7 - коммутатор портов мониторинга;

8 - консоль ручного управления;

9 - блок отображения состояния;

10 - генератор опорной частоты;

11 - порт подключения энергонезависимой памяти программ испытаний;

12 - блок управления конфигурированием управляющей ПЛИС;

13 - блок памяти конфигураций;

14 - контроллер энергонезависимой памяти программ испытаний;

15 - энергонезависимая память подпрограмм настройки параметров испытаний;

16 - управляющая ПЛИС;

17 - блок логического анализатора;

18 - блок сигнатурного анализатора;

19 - блок аппаратной генерации тестовых воздействий;

20 - память данных и результатов тестирования;

21 - блок управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения;

22 - блок управления питанием;

23 - программируемый генератор рабочей частоты;

24 - программируемый генератор частоты обмена;

25 - блок мониторинга состояния;

26 - блок управляемых источников питания;

27 - контактирующее устройство с вентилятором и радиатором охлаждения;

28 - шина конфигурирования;

29 - шина управления и обмена данными;

30 - блок интегрированного логического анализатора состояния.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Повышение достоверности контроля работоспособности СБИС и снижение трудоемкости их контроля всегда находятся в противоречии.

Для повышения достоверности контроля работоспособности СБИС требуется увеличивать длину тестовых последовательностей, что, в свою очередь, увеличивает как время подготовки тестовых последовательностей, так и время самого тестирования СБИС.

Это противоречие в предлагаемом многофункциональном диагностическом комплексе решается следующим образом.

Повышение достоверности контроля осуществляется за счет увеличении длины тестовых последовательностей, но при этом одновременно осуществляется сокращение времени на доставку данных и обработку результатов тестирования. Сокращение времени на доставку данных осуществляется за счет аппаратной генерации последних. Сокращение времени на обработку результатов тестирования осуществляется за счет сравнения с эталоном не всех векторов результатов, а только сигнатуры - контрольной суммы по окончании теста. Данный эффект особенно заметен при проверке внутренних памятей СБИС специальными, регулярными и случайными кодами. Наиболее эффективными сигнатурными анализаторами для данных целей являются устройства, реализованные на регистрах сдвига с тривиальными полиномами в обратной связи, например, сигнатурный анализатор (SU №1661767 А1, МПК G06F 11/00, заявлено 17.07.1989, опубликовано 07.07.1991 Бюл. №25).

Сигнатурные анализаторы способны работать на высоких частотах, не требуют для своей реализации больших аппаратных затрат и могут быть реализованы на внутренних ресурсах управляющих ПЛИС 16. Кроме того на основе сигнатурных анализаторов также могут реализовываться генераторы псевдослучайных данных при аппаратной реализации последних.

Наработка эталонных сигнатур на различные тестовые наборы входных данных осуществляется как на программной модели для памятей с прямым доступом по входу и выходу, так и на аппаратной модели на этапе верификации проектов заказных СБИС на ПЛИС, в случае, когда внутренние памяти данных не имеют прямых выходов из СБИС, а доступны через устройства обработки и памяти результатов. В последнем случае наработка эталонных сигнатур на программной модели на длинные тестовые последовательности данных затруднена в связи со сложностью алгоритмов устройств обработки.

Для дальнейшего увеличения полноты тестирования заказных СБИС наработка эталонных сигнатур на дополнительные тестовые наборы входных данных осуществляется на, так называемых, эталонных СБИС. Эталонными СБИС следует считать те, которые на этапе контроля пробных («пилотных») партий СБИС удовлетворили всем тестам функционального и диагностического контроля, и у которых совпадают сигнатуры, наработанные на дополнительные тестовые наборы входных данных.

Предлагаемый многофункциональный диагностический комплекс предоставляет пользователям, подключаемых к нему через внешний сетевой порт 4, посредством управляющей ЭВМ 1 с консолями управления осуществлять удаленно верификацию проектов разрабатываемых заказных СБИС на ПЛИС, устанавливаемых в контактирующее устройство 27 с вентилятором и радиатором охлаждения тестовых модулей 5₁, …, 5_K, а также осуществлять разработку и отладку тестов для осуществления входного контроля работоспособности больших партий заказных СБИС, включающих эталонные сигнатуры на дополнительные тестовые наборы входных данных.

Управляющая ЭВМ 1 с консолями управления предназначена для предоставления пользователям монопольного доступа к тестовым модулям 5₁, …, 5_K для выполнения тестовых, мониторных и служебных программ при верификации проектов разрабатываемых заказных СБИС, разработке и отладке тестов, а также осуществлении контроля работоспособности заказных СБИС.

Помимо управляющей ЭВМ 1 с консолями управления в состав многофункционального диагностического комплекса входят К однотипных тестовых модулей 5₁, …, 5_K, которые могут работать в различных режимах под контролем управляющей ЭВМ 1 с консолями управления, к которой они подключаются посредством соответствующих коммутаторов портов 2, 3, 6 и 7.

Коммутатор 2 порта PCI_Express предназначен для организации высокоскоростного взаимодействия тестовых программ пользователей на управляющей ЭВМ 1 с консолями управления с тестовыми модулями 5₁, …, 5_K.

Сетевой коммутатор 3 предназначен для организации взаимодействия пользователей с управляющей ЭВМ 1 с консолями управления и тестовыми модулями 5₁, …, 5_K по внешнему сетевому порту 4, а также управляющей ЭВМ 1 с консолями управления и тестовыми модулями 5₁, …, 5_K c коммутатором 7 мониторинга.

Коммутатор 6 портов JTAG предназначен для обеспечения доступа пользователей к управляющей ПЛИС 16 и ПЛИС для верификации проектов СБИС, устанавливаемую в КУ с вентилятором и радиатором охлаждения 27 для конфигурирования ПЛИС и взаимодействия с блоком 17 логического анализатора и блоком 30 интегрированного логического анализатора средствами САПР ПЛИС.

Коммутатор 7 портов мониторинга предназначен для осуществления управляющей ЭВМ 1 с консолями управления мониторинга состояния (температура, напряжение питания) испытуемых заказных СБИС и ПЛИС, предназначенных для верификации проектов СБИС, тестовых модулей 5₁, …, 5_K.

Блок 17 логического анализатора предназначен для фиксации текущих временных диаграмм взаимодействия управляющей ПЛИС 16 со СБИС или ПЛИС для верификации проектов СБИС, устанавливаемых в КУ с вентилятором и радиатором охлаждения 27, для детальной идентификации характера отказов при тестировании.

Блок 30 интегрированного логического анализатора состояния предназначен для фиксации текущих временных диаграмм взаимодействия ПЛИС для верификации проектов СБИС, устанавливаемой в КУ с вентилятором и радиатором охлаждения 27, с управляющей ПЛИС 16 для детальной идентификации характера отказов при отладке проектов СБИС.

Блок 18 аппаратной генерации тестовых воздействий предназначен для формирования различных требуемых тестовых наборов данных большой длины, с целью увеличения достоверности тестирования заказных СБИС, и сокращения общего времени тестирования за счет сокращения операций обмена данными с управляющей ЭВМ 1 с консолями управления.

Блок 19 сигнатурного анализатора предназначен для формирования текущих контрольных сигнатур результатов на тестовые наборы данных большой длины с целью увеличения достоверности тестирования заказных СБИС и сокращения общего времени тестирования за счет сокращения операций обмена данными с управляющей ЭВМ 1 с консолями управления.

Управляющие ПЛИС 16 тестовых модулей 5₁, …, 5_K предназначены для выполнения программы загруженной из памяти 13 конфигураций, подключенной к нему посредством блока 12 управления конфигурированием, при включении питания, или загруженной через коммутатор 6 JTAG из управляющей ЭВМ 1 с консолями управления.

Память 13 конфигураций предназначена для хранения в соответствующих (одноименных) разделах стартовой, рабочей и автономной конфигурации, загружаемых в управляющую ПЛИС 16 посредством блока 12 управления конфигурированием в зависимости от режимов работы тестовых модулей 5₁, …, 5_K.

Стартовая конфигурация управляющей ПЛИС 16, загружается при включении питания и обеспечивает настройку программируемого генератора 23 рабочей частоты, программируемого генератора 24 частоты обмена, управление блоком 26 управляемых источников питания путем взаимодействия с блоком 22 управления питанием. Кроме этого стартовая программа управляющей ПЛИС 16 обеспечивает поддержку взаимодействия с управляющей ЭВМ 1 с консолями управления по сетевому интерфейсу, интерфейсу PCI_Express, перезапись блока 13 памяти конфигураций и реализует выполнение команды переконфигурирования управляющей ПЛИС 16.

Рабочая конфигурация управляющей ПЛИС 16, реализует тоже, что и стартовая, а также обеспечивает текущий обмен с памятью 20 данных и результатов тестирования и текущий интерфейс взаимодействия по шине 29 управления и обмена данными через контактирующее устройство 27 с тестируемой заказной СБИС или ПЛИС (на этапе верификации проектов заказных СБИС). Кроме того, при необходимости, обеспечивает запись программы в СБИС и конфигурирование ПЛИС, установленной в КУ 27, по шине 28 конфигурирования на этапе верификации проектов СБИС.

Автономная конфигурация управляющей ПЛИС 16 предназначена для работы в автономном режиме, и реализует тоже, что и рабочая конфигурация за исключением взаимодействия с управляющей ЭВМ 1 с консолями управления по интерфейсу PCI_Express, но обеспечивает работу консоли 8 ручного управления. Кроме того, данная программа обеспечивает поддержку соответствующих интерфейсов взаимодействия управляющей ПЛИС 16 с энергонезависимой памятью 15 подпрограмм настройки параметров испытаний, с блоком 9 отображения состояния, с контроллером 14 энергонезависимой памяти, к которому через порт 11 подключается внешняя память программ испытаний, и с блоком 21 управления стабилизацией температурного режима.

Память 20 данных и результатов тестирования предназначена для хранения исходных векторов воздействий и эталонных векторов реакций, а также хранения результатов тестирования СБИС или верификации их проектов.

Программируемый генератор 24 частоты обмена предназначен для задания частоты обмена между тестируемой заказной СБИС и управляющей ПЛИС 16.

Программируемый генератор 23 рабочей частоты предназначен для формирования сетки рабочих частот СБИС или ПЛИС на этапе верификации проектов СБИС, установленных в КУ 27, а также формирования частоты работы блока 17 логического анализатора.

Генератор 10 опорной частоты предназначен для формирования управляющей ПЛИС 16 опорных частот взаимодействия по сетевому интерфейсу и интерфейсу PCI_Express, а также формирования внутренней частоты работы управляющей ПЛИС 16 как с управляющей ЭВМ 1 с консолями управления, так и в автономном режиме.

Блок 25 мониторинга состояния предназначен для контроля температурного режима заказной СБИС или ПЛИС (на этапе верификации проектов СБИС), установленной в КУ 27, и напряжений блока 26 управляемых источников питания, а также для взаимодействия с блоком 21 при стабилизации температурного режима СБИС.

Контактирующее устройство 27 с вентилятором и радиатором охлаждения предназначено для установки и подключения испытуемого заказного СБИС или ПЛИС (на этапе верификации проектов СБИС) к управляющей ПЛИС 16, а также охлаждения во время испытаний.

Блок 26 управляемых источников питания совместно с блоком 22 управления питанием предназначены для обеспечения питания СБИС или ПЛИС (на этапе верификации проектов СБИС) заданными номиналами.

ВЕРИФИКАЦИЯ ПРОЕКТОВ СБИС

В предлагаемом изобретении, вместо трудоемкого математического временного моделирования проектов заказных СБИС, осуществляется верификация проектов реализованных на ПЛИС, которая устанавливается в КУ 27 с вентилятором и радиатором охлаждения вместо заказной СБИС.

Исходными векторами воздействий и эталонными векторами реакций для верификации проектов заказных СБИС могут служить данные и результаты функционального моделирования их проектов. Формальные описания заказных СБИС компилируются (реализуются) на ПЛИС, которая устанавливается в КУ 27 с вентилятором и радиатором охлаждения, с целью осуществления проверки данных описаний на корректность перед выпуском документации на изготовление СБИС.

При проведении верификации проектов СБИС многофункциональный диагностический комплекс работает следующим образом.

На основании текущего плана работ в предлагаемом многофункциональном диагностическом комплексе выделяются тестовые модули необходимые для обеспечения эффективной работы при верификации проектов СБИС. Как правило, каждому пользователю выделяется индивидуальный модуль, однако, при ограниченном числе свободных для верификации тестовых модулей, и в связи с тем, что интервалы верификации достаточно короткие и соответствуют интервалам функционального математического (машинного) моделирования, тестовые модули могут распределяться для использования несколькими пользователями-разработчиками заказных СБИС в последовательном режиме, что приводит к сокращению сроков разработки заказных СБИС и ускорению подготовки тестов для проверки заказных СБИС.

После установки в КУ 27 с вентилятором и радиатором охлаждения выделенных для верификации тестовых модулей ПЛИС для верификации проектов заказных СБИС и включения питания в управляющую ПЛИС 16 загружается базовая программа из раздела стартовой конфигурации блока 13 памяти конфигураций. Если данная программа не соответствует верифицируемому проекту заказной СБИС, то соответствующая программа загружается из управляющей ЭВМ 1 с консолями управления в раздел рабочей конфигурации блока 13 памяти конфигураций, и выполняется переконфигурирование управляющей ПЛИС 16 из данного раздела.

Далее, после подачи питания на КУ 27 с вентилятором и радиатором охлаждения с установленной ПЛИС верификации, осуществляется ее конфигурирование очередной программой верификации разрабатываемого СБИС из управляющей ЭВМ 1 с консолями управления посредством коммутатора 2 портов PCI_Express или коммутатора 6 портов контроля и управления JTAG. После этого управляющая ЭВМ 1 с консолями управления осуществляет настройку программируемых генераторов 24 частоты обмена и 23 рабочей частоты, а также загрузку памяти 20 данных и результатов тестирования для верификации проектов разрабатываемых СБИС. Верификация проекта СБИС выполняется путем подачи исходных векторов воздействий из памяти 20 и записи в память 20 векторов результата верификации. По окончании очередного интервала верификации, результаты верификации считываются из памяти 20 в управляющую ЭВМ 1 с консолями управления для сравнения с эталоном.

При этом во время верификации управляющая ЭВМ 1 с консолями управления осуществляет температурный контроль ПЛИС и контроль напряжений ее питания посредством блока 25 мониторинга состояния и коммутатора 7 портов мониторинга. В случае выхода температуры или напряжений питания из заданных пределов предусмотрено аварийное отключение питания. Это связано с тем, что на этапе верификации осуществляется отладка проектов заказных СБИС, которые могут содержать ошибки, приводящие к перегревам ПЛИС, установленной в КУ 27 с вентилятором и радиатором охлаждения.

ИСПЫТАНИЯ СБИС С УПРАВЛЯЮЩЕЙ ЭВМ

В предлагаемом изобретении испытания изготовленных заказных СБИС с управляющей ЭВМ 1 с консолями управления осуществляется на индивидуальных рабочих местах в составе выделенного для этой цели тестового модуля с индивидуальными консолями управления, и подключенного к управляющей ЭВМ 1 через коммутатор 2 портов PCI_Express.

При проведении испытаний заказных СБИС с управляющей ЭВМ 1 с консолями управления многофункциональный диагностический комплекс работает следующим образом.

Перед установкой очередной заказной СБИС в КУ 27 выделенного тестового модуля осуществляется программная блокировка на управляющей ЭВМ 1 соответствующего входа коммутатора 2 портов PCI_Express с индивидуальной консоли управления, выключается питание тестового модуля и на консоли ручного управления устанавливается направление загрузки конфигурации управляющей ПЛИС 16 из раздела рабочей конфигурации блока 13 памяти конфигураций.

После установки очередной заказной СБИС в КУ 27 осуществляется включение питания выделенных тестовых модулях, в управляющие ПЛИС 16 которых загружается программа из раздела рабочей конфигурации блока 13 памяти конфигураций, осуществляется программная разблокировка на управляющей ЭВМ 1 данного входа коммутатора 2 портов PCI_Express и выполняется сканирование его портов с индивидуальными консолями управления для восстановления работы данного тестового модуля с управляющей ЭВМ 1 без выключения ее питания и перезагрузки.

Если данная конфигурация не соответствует проверяемой СБИС, то, прежде всего, в раздел рабочей конфигурации блока 13 памяти конфигураций загружается программа для управляющей ПЛИС 16 соответствующая испытуемой заказной СБИС. После этого осуществляется повторная программная блокировка на управляющей ЭВМ 1 соответствующего входа коммутатора 2 портов PCI_Express с индивидуальной консоли управления, выключается и повторно включается питание тестового модуля и выполняется сканирование его портов с индивидуальными консолями управления для восстановления работы данного тестового модуля с управляющей ЭВМ 1. После этого данный тестовый модуль полностью готов к проверке СБИС данного типа.

Далее с индивидуальной консоли управления осуществляется программирование генератора 24 требуемой частотой обмена, генератора 23 требуемой рабочей частотой, а также загрузку исходных векторов воздействий в память 20 данных и результатов тестирования и настройку блока 26 управляемых источников питания блоком 22 управления питанием.

Перед подачей питания на КУ 27 выполняется проверка короткого замыкания питания СБИС с землей. Наличие короткого замыкания говорит о неисправности СБИС или о некорректной ее установке в КУ 27. После проверки корректности установки СБИС в КУ 27 и наличии короткого замыкания СБИС отбраковывается.

При отсутствии короткого замыкания питания СБИС с землей осуществляется включение питания на испытуемой заказной СБИС и выполняется ее тестирование.

Исходные вектора воздействий из памяти данных и результатов тестирования 20 выдаются на испытуемую СБИС, в которую также записываются результаты тестирования, которые по окончании тестирования выгружаются для сравнения в управляющей ЭВМ 1 с эталонными векторами реакций и выработки признаков «годен» или «брак».

Интервалов проверки для одного заказного СБИС может быть несколько, в зависимости от сложности решаемых задач. Так как испытания проводятся на рабочих (высоких) частотах СБИС, на протяжении всей проверки управляющая ЭВМ 1 с консолями управления осуществляет температурный контроль испытуемой СБИС и контроль напряжений ее питания посредством блока 25 мониторинга состояния через коммутатор 7 портов мониторинга. В случае выхода температуры или напряжений питания из заданных пределов предусмотрено аварийное отключение питания.

По окончании всех интервалов проверки с испытуемого СБИС в КУ 27 снимается напряжение питания, выключается вентилятор охлаждения, и проверенная СБИС вынимается из обесточенного КУ 27.

ИСПЫТАНИЯ СБИС В АВТОНОМНОМ РЕЖИМЕ

В предлагаемом изобретении подготовка тестового модуля к автономной работе осуществляется с помощью управляющей ЭВМ 1 с консолями управления следующим образом. С помощью консоли 8 ручного управления, которая предназначена для задания режимов работы тестового модуля и управления его работой в автономном режиме, блок 12 управления конфигурированием управляющей ПЛИС 16 переводится в режим конфигурирования управляющей ПЛИС 16 и загружается из блока памятей 13 конфигурацией автономного режима. Первоначально блок памятей 13 стартовой, рабочей и автономной конфигурации загружается управляющей ЭВМ 1 с консолями управления через коммутатор 6 портов JTAG тестовых модулей средствами САПР ПЛИС.

После включения питания и загрузки из блока 13 памяти конфигураций автономной конфигурации в управляющую ПЛИС 16, управляющей ЭВМ 1 с консолями управления через сетевой коммутатор 3 тестовых модулей 5₁, …, 5_K осуществляется запись энергонезависимой памяти 15 подпрограмм настройки параметров испытаний и через контроллер 14 энергонезависимой памяти программ испытаний, которая устанавливается в порт 11 подключения энергонезависимой памяти программ испытаний.

После данных предварительных настроек тестовые модули становится готовым к самостоятельной автономной работе без управляющей ЭВМ 1 с консолями управления и может быть от нее отключен.

Программы испытаний, хранящиеся в энергонезависимой памяти, подключаемой к порту 11 выполняются последовательно и состоят из следующих этапов:

- загрузка параметров (напряжение питания, рабочая частота и частота обмена, температура испытания) с помощью подпрограмм из энергонезависимой памяти 15;

- включение питания испытуемой СБИС;

- загрузка (если это необходимо) рабочей программы в испытуемую СБИС;

- загрузка в память 20 исходных векторов воздействий и эталонных векторов реакций;

- запуск теста, анализ окончания теста и, в случае успешного окончания, переход к следующей программе.

Подпрограммы из энергонезависимой памяти 15 позволяют осуществлять автономную, без ЭВМ 1 с консолями управления установку частоты обмена, с использованием программируемого генератора 24 частоты обмена, рабочей частоты, с использованием программируемого генератора 23 рабочей частоты, напряжений питания, с использованием блока 22 управления питанием СБИС, и рабочих температур, с использованием блока 25 мониторинга состояния, по параметрам, содержащимся в программах испытаний.

Консоль 8 ручного управления позволяет устанавливать:

- режим работы (с управляющей ЭВМ 1 или без) (переключатель);

- подавать питание на тестовый модуль (выключатель);

- разрешать управлять питанием СБИС (выключатель);

- осуществлять общий сброс (кнопка);

- выполнить очередной запуск тестирования (кнопка);

- устанавливать автоматический или шаговый (по одной программе) порядок выполнения программ испытаний (переключатель).

Блок 9 отображения состояния предназначен для индикации текущего состояния тестового модуля, к которому относится:

- наличие питания на тестовом модуле (включено/выключено);

- наличие питания на испытуемом СБИС (включено/выключено);

- режим работы (с управляющей ЭВМ 1 с консолями управления или без);

- конфигурация управляющей ПЛИС (да/нет);

- готовность к запуску программы испытания (да/нет);

- завершение испытания СБИС (да/нет);

- ошибки при проведении испытаний (да/нет);

- код временной группы испытуемого СБИС;

- код температурная группы испытуемого СБИС.

Блок 21 управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения предназначен для сравнения текущей температуры испытуемого СБИС с заданной по программе, и для управления стабилизацией температуры в процессе выполнения проверки путем плавного изменения скорости вентилятора охлаждения.

Проведение испытаний больших партий заказных СБИС осуществляется тестовыми модулями 5₁, …, 5_K на индивидуальных рабочих местах без управляющей ЭВМ 1 с консолями управления в автоматическом режиме следующим образом.

После установки очередного испытуемого заказного СБИС в КУ 27 на консоли 8 ручного управления устанавливается режим конфигурирования управляющей ПЛИС 16 через блок 12 управления конфигурированием из блока памятей 13 автономной конфигурацией, устанавливается разрешение управление питанием СБИС и подается питание на тестовый модуль. В случае успешного конфигурирования управляющей ПЛИС 16, о чем свидетельствует соответствующий индикатор блока 9 отображения без подачи питания на испытуемый СБИС, выполняется проверка короткого замыкания питания СБИС с землей. Наличие короткого замыкания говорит о неисправности СБИС или о некорректной ее установке в КУ 27. После проверки корректности установки СБИС в КУ 27 и наличии короткого замыкания СБИС отбраковывается.

При отсутствии короткого замыкания питания СБИС с землей из энергонезависимой памяти программ, подключаемой к порту 11 последовательно считываются и выполняются все программы испытаний в соответствии с их содержанием в автоматическом или шаговом режиме, заданному на консоли 8 ручного управления.

Каждая программа из внешней энергонезависимой памяти программ состоит из двух частей. В первой части осуществляется настройка параметров испытания: напряжение питания, рабочая частота и частота обмена, а также стабилизируемая температура испытуемого СБИС, что осуществляется выполнением соответствующих подпрограмм из энергонезависимой памяти 15 подпрограмм настройки параметров. Во второй части сначала осуществляется запись в память 20 исходных векторов воздействий и эталонных векторов реакций, затем вектора воздействий из памяти 20 выдаются на испытуемую СБИС, а результаты тестирования автоматически сравниваются с соответствующими эталонными векторами реакций для выработки признаков «годен» или «брак».

В автоматическом режиме исполнения программ испытаний осуществляется последовательное выполнение всех программ из внешней энергонезависимой памяти программ испытания, подключаемой к внешнему порту 11, с соответствующими им параметрами. При шаговом выполнении испытаний требуется давать старт каждой программе через консоль управления 8, что может быть необходимо для детализации ошибок испытаний.

Если среди программ испытаний присутствуют программы определения временных и температурных характеристик СБИС, то по окончанию испытаний на блоке 9 отображения состояния будут зафиксированы коды временной и температурной группы испытуемого заказного СБИС, характеризующиеся граничными частотами и температурой безотказной работы.

Испытания СБИС для определения их технических характеристик осуществляются на специальных стресс-тестах, при которых СБИС наиболее подвержены ошибкам, как при увеличении рабочей частоты, так и при увеличении рабочей температуры. Так как энергопотребление СБИС, а, следовательно, и его температура сильно зависят от частоты его работы, то сначала определяется временная группа путем выполнения задачи на нескольких заданных рабочих частотах, зависящих от типа испытуемого СБИС при номинальной температуре. Это обеспечивается блоком 21 управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения путем сравнения текущей температуры СБИС с номинальной и изменения скорости вращения вентилятора охлаждения. Определенная таким образом рабочая частота будет с большой вероятностью определять его временную группу. Определение температурной группы исследуемого СБИС осуществляется путем проверки правильности его работы на данной частоте и при других (более высоких) стабилизированных температурах.

Подпрограммы настройки параметров испытаний соответствуют компонентам конкретного тестового модуля, записываются в энергонезависимую память 15 однократно. Программы испытаний соответствуют конкретному испытуемому типу заказных СБИС и могут изменяться как при переходе испытаний от одного типа СБИС к другому, так и при доработке (модификации) системы испытаний конкретного СБИС. В связи с этим реализация памяти программ испытаний на внешнем носителе, подключаемому к порту 11, упрощает (облегчает) ее тиражирование.

Сокращение продолжительности проверки заказных СБИС в предлагаемом многофункциональном диагностическом комплексе осуществляется за счет сокращения времени на обмен с управляющей ЭВМ 1 за счет использования блока 19 аппаратной генерации тестовых воздействий и блока 18 сигнатурного анализатора.

Повышение достоверности контроля заказных СБИС в предлагаемом многофункциональном диагностическом комплексе осуществляется за счет увеличения длины тестовой последовательности в рамках допустимого времени испытаний за счет имеющейся возможности сокращения продолжительности проверок.

Расширение функциональных возможностей в предлагаемом многофункциональном диагностическом комплексе осуществляется за счет обеспечения блоком 17 логического анализатора и блоком 30 интегрированного логического анализатора состояния возможности детализировать временную диаграмму фрагментов теста на частотах больших частота выполнения теста.

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемый многофункциональный диагностический комплекс может быть реализован на следующих элементах:

В качестве управляющей ЭВМ 1 с консолями управления может быть использован сервер фирмы Kraftway на базе платформы Kraftway Express 200: процессор Intel(R) Xeon(R) E2620V4 2.10 GHz 8 cores с оперативной памятью 64 Gbyte и жестким диском 1 Tbyte. В качестве консолей управления могут использоваться монитор и клавиатура управляющей ЭВМ 1, а также моноблоки с клавиатурой, подключенные к ее сети.

Тестовые модули 5₁, …, 5_K могут быть выполнены на следующих элементах:

управляющая ПЛИС 16 - на микросхеме фирмы Xilinx ZYNQ-7 XC7Z007S-2CLG400E;

блок 13 памятей стартовой, рабочей и автономной конфигурации памяти управляющей ПЛИС 16 - на микросхемах на SPI-памяти N25Q064A11EF640;

блок 12 управления конфигурированием управляющей ПЛИС 8 с использованием микросхем CPLD ХС2С64А;

блок 25 мониторинга состояния - на микросхемах TMP461AIRUNT, МАХ6656 и МАХ1239ЕЕЕ;

программируемые генераторы 24 частоты обмена и 23 рабочей частоты - на микросхемах 570FCA000133DG.

память 20 данных и результатов тестирования - с использованием микросхем МТ46Н128М16LFDD-48;

энергонезависимая память 15 подпрограмм настройки параметров испытаний - с использованием микросхем NAND Flash памяти MTFC32GAXATEA-WT фирмы MICRON;

блок 21 управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения, а также контроллер 14 энергонезависимой памяти программ испытаний с использованием микросхем CPLD ХС2С64А;

в качестве энергонезависимой памяти программ испытаний может быть использована micro SD card MTSD256AHC6MS-1WT фирмы MICRON;

в качестве порта 11 подключения энергонезависимой памяти программ испытаний может использоваться Memory Card Sockets, фирмы MOLEX.

в качестве коммутатора 6 портов контроля и управления JTAG тестовых модулей могут использоваться Platform Cable USB II DLC10 фирмы Xilinx и типовые разветвители USB.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый многофункциональный диагностический комплекс решает поставленную задачу и соответствует заявляемому техническому результату - расширение функциональных возможностей тестирования, сокращение продолжительности и повышение достоверности контроля при испытаниях заказных СБИС.

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к устройствам автоматического тестирования и может применяться для испытаний заказных СБИС на рабочих частотах и верификации их проектов на ПЛИС в процессе разработки. Многофункциональный диагностический комплекс содержит управляющую ЭВМ с консолями управления, коммутатор портов PCI_Express, коммутатор сетевых портов, внешний сетевой порт пользователей, коммутатор портов контроля и управления JTAG, коммутатор портов мониторинга и группу из К тестовых модулей. Каждый из тестовых модулей содержит консоль ручного управления, блок отображения состояния, генератор опорной частоты, порт подключения энергонезависимой памяти программ испытаний, блок управления конфигурированием управляющей ПЛИС, блок памяти конфигураций, контроллер энергонезависимой памяти программ испытаний, энергонезависимую память подпрограмм настройки параметров испытаний, память данных и результатов тестирования, блок управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения, блок управления питанием, программируемый генератор рабочей частоты, программируемый генератор частоты обмена, блок мониторинга состояния, блок управляемых источников питания, контактирующее устройство с вентилятором и радиатором охлаждения, блок интегрированного логического анализатора состояния и управляющую ПЛИС. Управляющая ПЛИС содержит блок логического анализатора, блок сигнатурного анализатора и блок аппаратной генерации тестовых воздействий, реализованные на ресурсах управляющей ПЛИС. Технический результат – расширение функциональных возможностей тестирования и повышение достоверности контроля при испытаниях заказных СБИС. 1 ил.

Многофункциональный диагностический комплекс содержит управляющую ЭВМ 1 с консолями управления, коммутатор 2 портов PCI_Express, коммутатор 3 сетевых портов, внешний сетевой порт 4 пользователей, коммутатор 6 портов контроля и управления JTAG, коммутатор 7 портов мониторинга и группу из К тестовых модулей 5₁, …, 5_K, каждый из которых содержит консоль 8 ручного управления, блок 9 отображения состояния, генератор 10 опорной частоты, порт 11 подключения энергонезависимой памяти программ испытаний, блок 12 управления конфигурированием управляющей ПЛИС, блок 13 памяти конфигураций, контроллер 14 энергонезависимой памяти программ испытаний, энергонезависимую память 15 подпрограмм настройки параметров испытаний, память 20 данных и результатов тестирования, блок 21 управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения, блок 22 управления питанием, программируемый генератор 23 рабочей частоты, программируемый генератор 24 частоты обмена, блок 25 мониторинга состояния, блок 26 управляемых источников питания, контактирующее устройство 27 с вентилятором и радиатором охлаждения, блок 30 интегрированного логического анализатора состояния и управляющую ПЛИС 16, которая содержит блок 17 логического анализатора, блок 18 сигнатурного анализатора и блок 19 аппаратной генерации тестовых воздействий, реализованные на ресурсах управляющей ПЛИС 16,

причем управляющая ЭВМ 1 с консолями управления соединена с коммутатором 3 сетевых портов, с коммутатором 6 портов контроля и управления JTAG и с коммутатором 2 портов PCI_Express, который соединен с управляющими ПЛИС 16 тестовых модулей 5₁, …, 5_K, а коммутатор 3 сетевых портов, соединен с внешним сетевым портом 4 пользователей, с управляющими ПЛИС 16 тестовых модулей 5₁, …, 5_K и с коммутатором 7 портов мониторинга, который соединен с блоками 25 мониторинга состояния тестовых модулей 5₁, …, 5_K, а коммутатор 6 портов контроля и управления JTAG соединен с блоком 17 логического анализатора управляющей ПЛИС 16 тестовых модулей 5₁, …, 5_K и с блоком 30 интегрированного логического анализатора состояния, который соединен с программируемым генератором 23 рабочей частоты и подключен к шине 29 управления и обмена данными, которой соединены контактирующее устройство 27 и управляющая ПЛИС 16 тестовых модулей 5₁, …, 5_K,

кроме того контактирующее устройство 27 тестовых модулей 5₁, …, 5_K соединено с программируемым генератором 24 частоты обмена, с блоком 21 управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения, с блоком 25 мониторинга состояния тестовых модулей, с блоком 26 управляемых источников питания и с шиной 28 конфигурирования с управляющей ПЛИС 16, которая соединена с блоком 21 управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения, с блоком 22 управления питанием, с памятью 20 данных и результатов тестирования, с энергонезависимой памятью 15 подпрограмм настройки параметров испытаний, с генератором 10 опорной частоты, с программируемым генератором 23 рабочей частоты, с программируемым генератором 24 рабочей частоты, блоком 25 мониторинга, с блоком 12 управления конфигурированием, с контроллером 14 энергонезависимой памяти программ испытаний, с консолью 8 ручного управления и с блоком 9 отображения состояния, который соединен с консолью 8 ручного управления, которая соединена с блоком 12 управления конфигурированием, соединенного с блоком 13 памяти конфигураций,

кроме того блок 25 мониторинга состояния соединен с блоком 21 управления стабилизацией температурного режима и управления скоростью вращения вентилятора охлаждения и с блоком 26 управляемых источников питания, который соединен с блоком 22 управления питанием,

причем контроллер 14 энергонезависимой памяти соединен с портом 11 подключения энергонезависимой памяти программ испытаний, а генератор 23 рабочей частоты соединен с блоком 17 логического анализатора, который совместно с блоком 18 сигнатурного анализатора и блоком 19 аппаратной генерации тестовых воздействий подключен внутри управляющей ПЛИС 16 к шине 29 управления и обмена данными.