Von der Idee zur Serienreife Warum Entwickler ihre Elektronik frühzeitig testen sollten

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Teststrategien beginnen nicht erst in der Produktion. Sie sollten bereits während der Entwicklung integriert werden. Mit Embedded JTAG-Lösungen können Prototypen ohne Firmware zuverlässig validiert und in die Serie überführt werden.

Das Testen von Baugruppen wird oft als Aufgabe der Produktion oder des Prüffelds betrachtet. Doch bereits im Entwicklungsstadium stellt sich die Frage, wie Prototypen validiert werden können. Eine frühzeitige Teststrategie bietet Unabhängigkeit und Flexibilität für den Entwickler und erleichtert die Übergabe an die Fertigung.

Viele Entwickler kennen die folgende Situation: Der erste Prototyp ist fertiggestellt, bleibt jedoch tage- oder wochenlang ungenutzt, bis die erste Firmware vorliegt. Treten dann Fehler auf, ist unklar, ob sie in der Hardware oder Software begründet sind. Die Fehlersuche verzögert das Projekt und verschiebt den Produktionsstart. Dies erhöht die Time-to-Market, kostet Zeit und Geld. Die Lösung liegt darin, Entwicklern Werkzeuge bereitzustellen, mit denen sie bereits früh eine softwareunabhängige Qualitätssicherung durchführen können.

Design-for-Testability für eine hohe Testabdeckung

Seit fast drei Jahrzehnten hat sich JTAG/Boundary Scan als standardisiertes elektrisches Testverfahren (IEEE 1149.x) etabliert und den Weg für viele weitere Technologien geebnet. Der Hersteller Göpel electronic treibt diese Entwicklung seit Anbeginn voran und bietet unter der Dachtechnologie „Embedded JTAG Solutions“ Test- und Programmierlösungen für komplexe Baugruppen mit High-Speed-Datenstrecken.

Das Konzept des „Design-for-Testability“ basiert auf der frühzeitigen Integration von Testmöglichkeiten in das Schaltungsdesign. Dabei geht es darum, Testpunkte gezielt zu platzieren, Signalleitungen für eine effiziente Prüfung vorzusehen und ICs mit Boundary-Scan-Fähigkeit gezielt auszuwählen. Je früher diese Maßnahmen berücksichtigt werden, desto umfassender und effizienter kann die spätere Teststrategie ausfallen.

Eine zentrale Rolle spielt dabei die Einhaltung von Design-Regeln, die sicherstellen, dass die Testabdeckung möglichst hoch ist. Werden diese Regeln nicht beachtet, kann die Testtiefe erheblich leiden oder Tests sogar unmöglich werden. Eine softwaregestützte Unterstützung, wie sie „SYSTEM CASCON“ bietet, hilft Entwicklern, Design-for-Testability-Anforderungen bereits während der Layout-Erstellung zu prüfen und notwendige Anpassungen vorzunehmen.

Test- und Programmierlösungen für komplexe Baugruppen

Besonders in Hochgeschwindigkeits-Schaltungen oder bei miniaturisierten Designs kann ein durchdachtes Testkonzept entscheidend sein. Hier bietet JTAG-Boundary-Scan den Vorteil, auch schwer zugängliche Signale elektrisch zu analysieren. Die frühzeitige Implementierung dieser Testmethoden spart langfristig Kosten und Zeit und erhöht die Qualität der Endprodukte erheblich.fast drei Jahrzehnten hat sich JTAG/Boundary Scan als standardisiertes elektrisches Testverfahren (IEEE 1149.x) etabliert und den Weg für viele weitere Technologien geebnet. Hersteller Göpel treibt diese Entwicklung seit Anbeginn voran und bietet unter der Dachtechnologie „Embedded JTAG Solutions“ Test- und Programmierlösungen für komplexe Baugruppen mit High-Speed-Datenstrecken.

Es hat sich gezeigt: Wer frühzeitig ans Testen denkt, reduziert die Kosten. Das Konzept des „Design-for-Testability“ umfasst Design-Regeln, die das Testen erleichtern. Werden diese ignoriert, kann die Testtiefe erheblich leiden oder Tests sogar unmöglich werden. Eine praxistaugliche Software wie „SYSTEM CASCON“ unterstützt bei der Einhaltung dieser Regeln. Dies verdeutlicht, wie wichtig es ist, die Testerstellung bereits in einer frühen Entwicklungsphase einzuplanen. Denn nach Fertigstellung des Layouts sind Änderungen oft schwierig und kostenintensiv.

Warum sich Entwickler mit Tests befassen sollten

Niemand kennt die Baugruppe besser als ihr Entwickler. Sie kennen jedes Bauteil und wissen um die kritischen Stellen. Designanpassungen zur Erhöhung der Testtiefe lassen sich in der Entwicklungsphase schnell umsetzen. Dadurch wird die Baugruppe optimal prüfgerecht gestaltet.

Bereits der erste Prototyp kann mit den gleichen Tests geprüft werden wie das spätere Serienprodukt. Dies spart aufwendige Fehlersuchen und beschleunigt die Entwicklung. Durch identische Tests für Entwicklung und Produktion entsteht eine gleichbleibende Testtiefe, wodurch auch eine präzise, Pin-genaue Fehleranalyse möglich wird. Das erleichtert die Inbetriebnahme von Prototypen und Vorserien erheblich.

Bei der Fertigung durch einen externen Dienstleister dient die entwicklungsbegleitende Teststrategie als optimale Schnittstelle. Das Testarchiv kann direkt übergeben werden, sodass keine aufwendigen Abstimmungen zu Teststrategie und -umfang nötig sind. Dies reduziert den Aufwand und die Kosten für den Lohnfertiger erheblich, da lediglich das passende Equipment bereitgestellt werden muss.

Herkömmliche Testsysteme sind oft groß und teuer, etwa durch Nadelbett-Adapter oder Funktionstestsysteme. Doch auch am Ingenieurs-Arbeitsplatz kann auf einem hohen Testniveau gearbeitet werden. Ein kompakter Embedded JTAG Solutions Controller wie der SCANFLEX II CUBE bietet eine leistungsfähige und kosteneffiziente Alternative.

Mit diesem Controller kann der Entwickler eigenständig Tests erstellen und die Baugruppe prüfgerecht an die Fertigung übergeben. Die in „SYSTEM CASCON“ enthaltenen Tools erleichtern die Arbeit, indem sie unter anderem mithilfe eines Test Coverage Analyzers aufzeigen, welche Pins ausreichend getestet werden und wo Optimierungspotenzial besteht.

Ein minimaler Aufwand für den Entwickler

Der Aufwand für die Testgenerierung ist gering, da die benötigten Informationen dem Entwickler ohnehin bekannt sind: Welche Bauteile befinden sich auf der Leiterplatte? Wie sind sie miteinander verbunden? Die Zuordnung passender Modelle erfolgt unkompliziert, da jedes Boundary-Scan-fähige Bauteil ein standardisiertes BSDL (Boundary Scan Description Language) Modell besitzt. Für nicht-Boundary-Scan-fähige Bauteile gibt es ebenfalls Beschreibungsmodelle, etwa für RAMs oder Treiber-ICs.

Das Testsystem stellt die Modelle bereit, während die notwendigen CAD-Daten meist schon früh im Entwicklungsprozess existieren. So lassen sich potenzielle Probleme leicht beheben und ein ungünstiges Design schnell anpassen. Die generierten Tests können bereits für den ersten Prototyp verwendet werden, was eine gleichbleibende Testqualität über den gesamten Produktlebenszyklus sicherstellt.

Wird der für den Boundary Scan erforderliche Testbus auf der Baugruppe bereits als adaptierbare Schnittstelle vorgesehen, beispielsweise über einen Steckverbinder, kann diese Schnittstelle auch für die In-System-Programmierung genutzt werden. Das ermöglicht unter anderem das Laden von FPGAs oder CPLDs sowie das Flashen von Bootloadern – mit deutlichen Zeit- und Kosteneinsparungen.

Ein frühzeitiges Einplanen von Tests bietet zahlreiche Vorteile. Prototypen können bereits ohne Firmware in Serienqualität getestet werden. In-System-Programmierung und Test können über eine gemeinsame Schnittstelle erfolgen. Dies spart Entwicklungszeit und verkürzt die Time-to-Market. Die Embedded JTAG Solutions bilden die optimale Brücke zwischen Entwicklung und Fertigung. Mit einem flexiblen Controller wie dem SCANFLEX II CUBE steht eine zukunftssichere Plattform zur Verfügung, die auch erweiterte Technologien für Test, Programmierung und Emulation integriert und später problemlos in die Produktion überführt werden kann.  (heh)

Test elektronischer Baugruppen

Brücken schlagen zwischen Entwicklung und Produktion

* Alexander Labrada Diaz ist Applikationsingenieur Embedded JTAG Solutions bei Göpel electronic.

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