Debugging von Prototypen Kostenloses Boundary-Scan-Testwerkzeug ideal zum Debugging

Für Entwicklung und Debugging ist der Boundary-Scan-Test oftmals zu teuer. Trotzdem enthalten viele Designs Boundary Scan konforme Bauteile. Eine Lösung versprechen die drei Live Boundary-Scan-Tools von JTAG Technologies.

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Boundary Scan-Tools werden hauptsächlich für den strukturellen Test in der Fertigung elektronischer Baugruppen eingesetzt und lassen sich zum Überprüfen von Verbindungen zwischen JTAG-konformen und einigen nicht konformen Bauteilen auf der Baugruppe sowie zum Programmieren von CPLDs einsetzen.

Boundary Scan-Tools sind vergleichsweise teuer, da die Entwicklung der Tools sehr aufwändig, der Markt für diese Tools aber relativ klein ist. Die Anschaffungskosten machen sich allerdings bei einer Fertigung von großen Stückzahlen schnell bezahlt, da die Testkosten bei nur wenigen Cent pro Baugruppe liegen.

Aufgrund seiner Funktionsweise unterstützt Boundary Scan bei der Entwicklung und Debugging von Prototypen; besonders wenn nur ein eingeschränkter oder gar kein Zugang zu den Pins/Pads der Bauteile besteht. Bislang war für die Entwickler der Kauf eines „Testwerkzeugs für die Fertigung“ allerdings eher schwierig zu rechtfertigen.

Beim Test übernimmt das Tool die Kontrolle über die Pins der Boundary-Scankonformen-Bauteile auf der Baugruppe. „Konform“ bedeutet, dass eine Boundary-Scan-Version eines digitalen Bauteils über mindestens drei zusätzliche interne Register verfügt:

• Boundary-Scan-Test-Register (BSR),
• Befehlsregister und
• Bypass-Register.

Das Bauteil hat außerdem vier oder fünf zusätzliche Pins, die den Test Access Port (TAP) bilden.

Außer den TAP- sowie den Versorgungs-/Masse-Pins verfügen alle anderen digitalen Pins des Bauteils normalerweise über jeweils eine interne Boundary-Scan-Zelle. Die Zellen verhalten sich während des Normalbetriebs transparent, bilden aber eine Art Kette oder Schieberegister rund um den „inneren Kern“ des Bauteils.

Die drei internen Register

Mit Hilfe des TAPs ist ein Zugriff auf die drei internen Register möglich, dabei werden die Daten über die TDI-Pins (Test Data In) in das Bauteil eingespeist und über TDO (Test Data Out) aus dem Bauteil heraus übertragen. Die Steuerung erfolgt über den TCK- (Test Clock-) und den TMS (Test Mode Select-) Pin, zusätzlich kann noch ein TRST-Pin vorhanden sein, der ein Reset auslöst.

Sind mehrere Boundary-Scan-Bauteile auf der Baugruppe vorhanden, dann werden die TCK-, TMS- und TRST-Pins parallel geschaltet. Die TDI- und TDO-Pins werden dagegen hintereinander geschaltet. Alle zusammen enden im TAP der Baugruppe. Eine Baugruppe kann über mehrere derartige Boundary-Scan-Ketten verfügen.

Logikzustände auslesen

Mit dem Boundary-Scan-Testcontroller lässt sich ein Muster von Einsen und Nullen in die in Reihe geschalteten Zellen der Boundary-Scan-Kette der Prototypen-Baugruppe einspeisen. Diese Boundary-Scan-Zellen liegen hinter den Pins/Pads eines Teils der Bauteile. Die Pin/Pads der anderen Bauteile, die über die Schaltungsknoten/Leiterbahnen der Baugruppe verbunden sind, lassen sich auslesen, indem zuerst die Daten über das jeweilige BSR erfasst und dann aus der Kette ausgetaktet werden.

In Verbindung mit konventionellen Methoden, wie einem Multimeter, einem Oszilloskop oder einem Nadelbetttester, lassen sich die Logikzustände von nicht Boundary-Scan-Bauteilen oder an Steckverbindern untersuchen.

Selbst ein eingeschränkter Funktionstest ist möglich. Beispielsweise könnte ein Testmuster über ein Boundary-Scan-Bauteil ausgegeben werden, das mit dem Eingang eines nicht Boundary-Scan-fähigen DACs verbunden ist und somit ein analoger Wert erzeugt wird.

Günstiges Boundary-Scan

Boundary-Scan konforme Bauteile sind meist teurer als ihre konventionellen Pendants; trotzdem enthalten viele Designs mittlerweile Boundary-Scan (IEEE Std. 1149.1) konforme Bauteile. Auch die Schaltplanerstellung ist in der Regel etwas kostenintensiver, da mit Boundary-Scan-Bauteilen mehr Schaltungsknoten benötigt werden.

In der Entwicklung und dem Debugging kommt Boundary-Scan bislang auf Grund der hohen Kosten eher selten zum Einsatz. Die Familie der JTAG Live Boundary-Scan-Tools schließt nun diese Lücke. Die JTAG-Live-Familie besteht aus den drei Produkten: Buzz, Clip und Script. Jedes dieser drei Produkte adressiert einen anderen Aspekt des Debugging-Prozesseses.

Direkte und indirekte Verbindungen überprüfen

Von diesen drei Tools ist Buzz kostenlos erhältlich. Mit diesem Tool lassen sich direkte und indirekte Verbindungen zwischen Boundary-Scan-fähigen Bauteilen schnell überprüfen. Buzz bietet somit eine praktische Möglichkeit, um eine Durchgangsprüfung zwischen zwei Pins eines Prototyps durchzuführen. Dabei wird eine vertraute DMM-Messung nachgeahmt, allerdings ohne Messleitungen.

Das „Watch“-Fenster zeigt den aktuellen Logikstatus mit High, Low oder Zustandsänderung eines beliebigen Boundary-Scan-Pins an. Eine Durchgangsprüfung ist mit dem „Measure“ Fenster möglich: bestimmte Bauteile-Pins lassen sich auf High oder Low setzen und andere Pins für Messungen konfigurieren.

Die Funktionalität geht über die eines konventionellen DMM weit hinaus, da ebenfalls mehrpolige Netze gleichzeitig getestet werden können. Beispielsweise lassen sich mehrere Pins einfach über einen Pin ansteuern und somit das Fan-out überprüfen. Auch lassen sich über mehrere Pins einer oder mehrere Messpins ansteuern, was Tests auf Busleitungen oder eines einfachen Clusters mit einem oder mehreren Logikgattern ermöglicht.

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*Marco Sliwa ist Vertriebsingenieur bei JTAG Technologies in Deutschland.

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