Testverfahren in der Industrie Der Boundary-Scan-Test als gefragtes Testwerkzeug

Autor / Redakteur: Peter van den Eijnden * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Eine spannende Entwicklung des Boundary-Scan: Das Testverfahren ist massiv in den Entwicklungsbereich vorgedrungen. Und das mit kostenlosen und kostengünstigen Debugging-Werkzeugen.

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Bild 1: Wie Boundary-Scan innerhalb einer Baugruppe durch Boundary-Scan-Bauteile implementiert wird (siehe auch Kasten auf S. 50)
Bild 1: Wie Boundary-Scan innerhalb einer Baugruppe durch Boundary-Scan-Bauteile implementiert wird (siehe auch Kasten auf S. 50)
(JTAG)

Während sich die grundlegende Punkt-1-Richtlinie IEEE 1149 für Boundary-Scan in den letzten Jahren nur wenig verändert hat – Vorschläge des aktuellen Arbeitskreises stehen noch aus – gab es in Bezug auf Boundary-Scan-Werkzeuge doch einige spannende Entwicklungen. Sowohl Hard- als auch Software-Lösungen erlauben es Testingenieuren, Boundary-Scan-Strukturen zu nutzen, die bereits in Designs für den Board-Test und die Bauteilprogrammierung eingebettet sind. Am interessantesten ist die Tendenz, dass Boundary-Scan massiv in den Entwicklungsbereich vorgedrungen ist – mit kostengünstigen oder sogar kostenlosen Debugging-Werkzeugen. Das sorgte dafür, dass die Technologie den technischen Abteilungen mit besonders engen Budgetgrenzen zur Verfügung steht.

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Boundary-Scan innerhalb einer Baugruppe

Die Darstellung auf S. 48 illustriert, wie Boundary-Scan innerhalb einer Baugruppe durch Boundary-Scan-Bauteile implementiert wird, wobei diese seriell (Daisy-Chain) miteinander verbunden sind. Im Wesentlichen ist der Test-Data-Out-Ausgang eines Bauteils mit dem Test-Data-In-Eingang des nächsten verbunden und so weiter. Die Eingänge Test Clock (TCK), Test Mode Select (TMS) und Test Reset (TRST, falls vorhanden) hingegen sind parallel geschaltet. Die Textblasen illustrieren die Vielfalt an Test- und Programmierungs-Applikationen, die mittels Boundary-Scan entwickelt werden können.

Die Boundary-Scan-Testarchitektur wurde in den späten 1980er Jahren durch einen Ad-hoc-Arbeitskreis (Joint Test Action Group JTAG ) entwickelt. Das ursprüngliche Ziel bestand darin, die Probleme zu lösen, die im Zusammenhang mit der Herstellung und dem Prüfen von Leiterplatten-Baugruppen existierten – kurz vor dem Beginn des Einsatzes oberflächenmontierter Bauteile. JTAG wurde zur allgemeinen Bezeichnung für die Lösung der Gruppe, die 1990 als IEEE 1149.1 festgelegt wurde. Als sich der von der JTAG definierte Standard im Laufe der 1990er Jahre durchgesetzt hatte, brachten viele Anbieter von Boundary-Scan-Tools Lösungen auf den Markt, um JTAG-gesteuerte Baugruppentests in ihre Softwareprogramme zu integrieren. Mit diesen Tools lassen sich grundlegende Designinformationen aus den EDA-Tools der Entwickler extrahieren und daraus mit geringem Aufwand strukturelle Tests entwickeln, um Kurzschlüsse und Unterbrechungen sowie einfache Logiktests zu erzeugen.

Boundary Scan ist mehr als strukturelle Testmethode

Zwar wurde die Boundary-Scan-Technologie als strukturelle Testmethode für die Produktion entwickelt, der JTAG Test-Access Port fand jedoch bald Verwendung für andere Anwendungen - insbesondere bei den Halbleiterherstellern. Viele Entwickler sind zum Beispiel vertraut mit JTAG als In-Circuit-Programmierschnittstelle für Bauteile von Altera, Lattice, Cypress, Xilinx und weiteren PLD-Lieferanten. Ähnlich sieht es bei Entwicklern von Firmware für Embedded-Systeme aus, die zweifelsohne JTAG als Mittel kennen, um auf die On-Chip-Debugfunktionen von Mikroprozessor-, RISC- und DSP-Kernen zugreifen zu können.

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Inzwischen hat eine wachsende Zahl von Hardware-Entwicklern das Potenzial der versteckten Boundary-Scan-Features erkannt und nutzt die Technologie als Mittel, um Prototypen-Hardware zu debuggen – ohne Zugriff auf die großen Budgets für Produktionstools zu benötigen. Diese Anwendergruppe profitierte in hohem Maß von einem Entwicklungssprung in der Welt des Boundary-Scan, als in 2009 mit JTAGLive eine Familie von kostenlosen bzw. günstigen Boundary-Scan-Debug-Tools auf den Markt kam.

Sie zielten erstmals speziell auf die Bedürfnisse von Entwicklern und erlaubten es, bereits existierende Design-Interface-Hardware zu nutzen, wie Alteras USB-Blaster, das Programmierkabel und FTDI-Chip-basierte USB-JTAG-Konverter-Bauteile von Xilinx. Darüber hinaus sind als elementare Daten zum Initialisieren dieser Werkzeuge lediglich die Boundary-Scan-Description-Language-Dateien (BSDL) erforderlich und diese stehen auf den Webseiten der Halbleiter-Lieferanten und weiteren Online-Bibliotheken zur Verfügung. Um mit dem Testen beginnen zu können, sind keine weiteren EDA-Informationen wie Netz- oder Stücklisten erforderlich. Bei jedem Design, das ein oder mehrere Boundary-Scan kompatible Bauteile enthält, können Entwickler zwischen verschiedenen Debug-Werkzeugen auswählen – je nach Anforderung und/oder Budget.

Verbindungsdaten von guten Baugruppen lernen

Das erste Werkzeug ist das kostenlose Einsteiger-Tool mit dem Namen Buzz. Seine Bezeichnung leitet sich vom einfachen Pin-zu-Pin-Verbindungstest ab, ähnlich der Summer-Durchgangsprüfung (Buzz Test) eines Digitalmultimeters. Im Mess-Modus lassen sich bis zu zehn Netzknoten ansteuern. Mit dem Boundary-Scan-Befehl SAMPLE kann die Aktivität eines beliebigen Pins asynchron überwacht werden – vergleichbar dem Einsatz einer Logik-Prüfspitze.

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