Messdaten auswerten Warum ein visueller Trigger DDR-Speicherbausteine schneller untersucht

Autor / Redakteur: Dean Miles * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Bei der Signalanalyse von DDR-Speicherbausteinen fallen tausende Signale an. Der visuelle Trigger hilft bei der Auswertung, da sich Triggerkriterien grafisch vordefinieren lassen.

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Visuelle Trigger: Tektronix bietet mit seinem visuellen Triggern die Möglichkeit, messtechnische Ereignisse zu isolieren und zu erfassen. Damit lassen sich Fehlerursachen auf einer DDR-Speicherschnittstelle identifizieren.
Visuelle Trigger: Tektronix bietet mit seinem visuellen Triggern die Möglichkeit, messtechnische Ereignisse zu isolieren und zu erfassen. Damit lassen sich Fehlerursachen auf einer DDR-Speicherschnittstelle identifizieren.
(Tektronix)

Mit dem DDR-Busprotokoll können Signale in einen Idle- oder Tri-State-Zustand gehen, wenn diese nicht aktiv sind. Beim Debugging oder einer JEDEC-Konformitätsmessung an der DDR-Schnittstelle müssen bestimmte Messungen oft nur in speziellen Abschnitten des mit Hilfe eines Oszilloskops erfassten Signals ausgeführt werden. Das kann beispielsweise bei Lese- (Read) oder Schreibvorgängen (Write) oder Bus-Transaktionen für einen bestimmten Rank (= Bereich eines Speichermoduls) erforderlich sein.

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Visueller Trigger bietet mehr Sicht

Mit dem visuellen Trigger lassen sich bestimmte Ereignisse in einem Signal schneller aufspüren. Dazu wird eine geometrische Figur auf das grafisch ausgegebene Signal gelegt und künftige Kurvenverläufe lassen sich anhand dieser Vorlage untersuchen. Im Gegensatz zum Maskentest verwirft der visuelle Trigger tatsächlich solche Signale, die nicht der erstellten Referenz entsprechen. Es werden nur die Signale angezeigt und gemessen, die den vorgegebenen Parametern entsprechen. Ist die geometrische Form festgelegt, lassen sich anschließend noch Position und Größe dynamisch ändern.

Zum Erfassen und Auffinden der jeweiligen Signalabschnitte für die Analyse über die DDR-Schnittstelle müssen oft Tausende von Signalen aufgenommen und durchsucht werden, um das zu untersuchende Ereignis zu finden. Die Definition eines Triggers, der das gewünschte Ereignis isoliert und das gewünschte Signal zeigt, kann das Debugging und die Charakterisierung von Speicherschnittstellen deutlich beschleunigen. Im folgenden Text gehen wir auf die visuelle Triggerung ein. Tektronix hat diese Funktion unter der Bezeichnung Visual Trigger als Option für seine Oszilloskope im mittleren und oberen Leistungsbereich vorgestellt.

Welche Vorteile ein visueller Trigger bietet

Ein visueller Trigger ist eine nachfolgende Qualifizierungsfunktion. Der Trigger wird ausgeführt, bevor Signale gespeichert, gemessen oder andere Analysen im Oszilloskop verfügbar sind. Damit wird sichergestellt, dass nur das gewünschte Signal behalten wird. Ein visueller Trigger triggert intuitiv. Dazu lassen sich geometrische Formen auf das Signal legen. Die so gekennzeichneten Bereiche werden gespeichert und dienen als Vorlage für weitere Messdaten. Im Vergleich zum Maskentest, bei dem Bildschirminhalte verglichen werden, gibt es hier einen großen Unterschied. Signale, die nicht der geometrischen Form entsprechen, werden tatsächlich verworfen. Somit werden nur konforme Signale angezeigt, gemessen und schließlich als Referenz gespeichert.

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Die Bereiche können unterschiedlichste Standardformen wie Dreiecke, Rechtecke, Sechsecke, Trapezoide oder benutzerdefinierte Formen annehmen, um das gewünschte Trigger-Verhalten im jeweiligen Bereich zu untersuchen. Nach der Erstellung der Formen auf dem Display des Oszilloskops lassen sich Positionen und Größe noch dynamisch verändern. Außerdem kann ein visueller Trigger mit anderen Trigger-Systemen des Oszilloskops kombiniert werden, so dass eine Trigger-Qualifizierung mit boolescher Logik für "A" und "B" Ereignisse möglich ist.

Lese- und Schreibvorgänge auf einem DDR-Bus

Die DDR-Lese- und Schreibvorgänge sind Burst-orientiert. Die Burst-Länge wird während der Initialisierung durch das Schreiben in die entsprechenden Bitfelder der MRS-Register programmiert. Ein Lese- oder Schreibvorgang beginnt mit einem Lese- oder Schreibbefehl zusammen mit der Spaltenadresse für die aktive offene Zeile. Nach einer durch die Schreib/Lese-Latenzzeit spezifizierten Verzögerungszeit erscheinen die Daten. Es gibt mehrere Unterschiede bei der Signalisierung der beiden Zyklen, die für eine Einstellung der Trigger-Bedingungen für eine Isolierung und Triggerung der interessierenden Bus-Ereignisse verwendet werden können.

  • Polarität der DQS-Präambel ist bei DDR3 und LPDDR3 bei Read negativ und bei Write positiv und bei DDR4 bei Read und Write positiv
  • Unterschiede bei der Phasenausrichtung von DQS und DQ: Flankenausrichtung bei Read und Mittenausrichtung bei Write
  • CS zur Qualifikation von Bus-Transaktionen für einen bestimmten Rank
  • Read/Write-Signalamplitude basierend auf der Position der Oszilloskop-Tastkopfspitze

Ergänzendes zum Thema
Tektronix auf dem Anwenderforum Oszilloskope

Auf unserem Anwenderforum Oszilloskope am 21. Mai in Würzburg wird der Referent von Tektronix zum Thema „Wireless Embedded Design Debug & Test“ referieren. Weitere Details zum Anwenderforum finden Sie hier.

In Bild 1 ist auf Kanal 1 in Gelb das DQS-Strobe-Signal und auf Kanal 2 in Blau das DQ-Daten-Bit dargestellt. Für den Kanal mit dem DQS-Strobe-Signal wurde ein einfacher Flanken-Trigger definiert. Ohne eine Qualifizierung erfasst der Hardware-Trigger sowohl READ- als auch WRITE-Bursts. Mit Hilfe eines visuellen Triggers lassen sich die Bursts basierend auf der Präambel-Polarität und der DQ/SQS-Phasenausrichtung isolieren, so dass eine Triggerung nur bei Lese- oder Schreibvorgängen stattfindet.

Die folgenden Schritte wurden ausgeführt, um Display-Bereiche für eine Triggerung auf READ- oder umgekehrt für WRITE-Vorgänge zu konfigurieren:

  • Die Bereiche A1 und A2 wurden so eingestellt, dass bei einem erfassten Signal in diesem Bereich kein DQS-Signal vorhanden ist. Damit wird das DQS-Signal erfasst, wenn es aus dem Tri-State-Zustand kommt.
  • Der Bereich A3 filtert positive Präambel-Ereignisse (Write) heraus und zeigt nur Ereignisse mit negativer Präambel-Polarität (Read).
  • Die Bereiche A4 und A5 sind so definiert, dass das DQ-Signal nicht in diese Regionen fällt und gewährleistet, dass DQS und DQ aufeinander ausgerichtet sind.

Es gibt Fälle, in denen auf einen Burst mit einem speziellen Muster getriggert werden muss, um diesen Burst zu isolieren. Das dann notwendig, wenn beispielsweise das Übersprechen mit kapazitiver Kopplung auf eine benachbarte Leitung identifiziert werden muss. Bild 2 zeigt die Einstellung eines visuellen Triggers, um einen Write-Burst mit dem Bitmuster 001001X auf DQ zu isolieren. Das spezifische Datenmuster wird mit Hilfe der Bereiche A4-A7 definiert und ist in blau dargestellt. Bild 3 zeigt, wie sich mit einer benutzerdefinierten Form Bitmuster auf DQ isolieren lassen.

Wenn ein bestimmter Rank isoliert werden muss

Ein visueller Trigger hilft auch dabei, um Signale von mehreren Ranks oder Slots eines DDR-Speicher-Arrays zu unterscheiden. Bild 4 zeigt das Augendiagramm eines DDR3 DQS Strobe-Signals in Gelb und eines DQ-Datensignals in Blau. Weil die DDR3-Daten- und Strobe-Leitungen von mehreren Komponenten auf dem Bus gemeinsam genutzt werden, haben die beiden Strobe- und Datenaugen zwei unterschiedliche Amplitudenstufen. Die höheren Amplituden entsprechen den Ziel-Ranks im Speicher-Array, während die niedrigeren Amplituden zu einem anderen Rank gehören.

Bei solchen Verifizierungstests müssen Millionen von Daten-Bits im Augendiagramm, aber nur wenige Bits im gewünschten oder Ziel-Rank erfasst werden. Um nur die Augendiagramme der Ziel-Rank zu untersuchen, kann ein visueller Trigger verwendet werden. Damit lassen sich nur die Signale aus dem Ziel-Rank erfassen und anzeigen. Wie Bild 5 zeigt, sind die rechteckigen Bereiche A1 und A2 so positioniert, dass die Datensignale mit den niedrigeren Amplituden ausgeblendet werden. Der sechseckige Bereich A3 ist in der Mitte des Auges positioniert und so groß, dass die Datensignale mit der niedrigeren Amplitude ausgeschlossen werden. Mit dieser Trigger-Einstellung kann die Augendiagrammanalyse von den Signalen des gewünschten Ranks isoliert und besser auf die Analyse ausgerichtet werden.

Visuelle Trigger-Systeme isolieren und erfassen die interessierenden Ereignisse, um die Ursache von Fehlern auf einer DDR-Speicher-Schnittstelle zu identifizieren. Ohne dieses flexible Tool würde die Suche nach einem bestimmten Ereignis wohl viele Stunden dauern, da das Oszilloskop sehr aufwändig eingestellt und vermutlich Tausende von Aufzeichnungen erfasst und durchsucht werden müssten.

* Dean Miles arbeitet im technischen Marketing und ist für das High-Performance-Produktportfolio bei Tektronix verantwortlich.

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