Embedded System Access – Testzugriff in neuen Dimensionen Was tun, wenn der physikalische Zugriff auf Chips und Boards nicht mehr möglich ist?

Neuer Testansatz von GÖPEL electronic: E.S.A
Neuer Testansatz von GÖPEL electronic: E.S.A

GÖPEL electronics »Embedded-System-Access«-Ansatz (E.S.A) gilt als Weiterführung des Boundary-Scan-/JTAG-Standards. Doch E.S.A ist weit mehr als nur JTAG - es vereint verschiedene Technologien mit unterschiedlichen Zugriffsmechanismen. Thomas Wenzel, Geschäftsführer von GÖPEL electronic erklärt, wie E.S.A funktioniert und warum es sich dabei um einen fundamentalen technologischen Umbruch handelt.

Das Problem des Testens von Elektronik hat im Laufe ihrer Entwicklung keineswegs an Aktualität verloren. Das Thema erinnert an die Suche nach dem heiligen Gral, denn Testen soll eigentlich nichts kosten, weder Zeit noch Geld, nicht beim Design und insbesondere nicht in der Produktion. Wenn sich das Übel doch nicht vermeiden lässt, sind die Forderungen klar – vollautomatisierte Testentwicklung und -ausführung im Sub-Sekundenbereich mit Equipment zum Nulltarif und Fehlerabdeckung von mindestens 100 Prozent.

Im Kontrast zu diesen Hoffnungen sieht die Realität ganz anders aus. Denn egal, ob zur Design-Validierung, als Gütesensor zur Steuerung des Produktionsprozesses oder als Mittel zur Qualitätssicherung durch Erkennung fehlerhafter Produkte: Testen ist auch im heutigen Zeitalter unabdingbar. Doch die Trends sind besorgniserregend, machen doch die Testkosten mittlerweile einen bedeutenden Teil der Entwicklungs- und Produktionskosten aus - und das mit steigender Tendenz.

Die Schuldigen an dieser Entwicklung sind schnell identifiziert: Sie heißen Komplexität, Geschwindigkeit und vor allem Zugriff. Ihr vereinigtes Wirken führt zu grundlegenden systemischen Veränderungen in der notwendigen Balance zwischen Design und Test. Dabei fangen die Problemstellungen von Chip- und Boardtest an, zu korrelieren.

Testzugriff wird immer schwieriger

Während Boards durch den Verlust an Zugriff physikalisch immer mehr den Charakter von Schaltkreisen annehmen, führt die rasante Entwicklung in Richtung von 3D-Chips mit Multi-Die-Integrationen zu Strukturen, wie sie auf Board-Level existieren. Damit ist das 3D-Board mit fast vollständigem Verlust an physikalischem Zugriff bereits im Anmarsch.

Bilder: 4

E.S.A - Testzugriff in neuen Dimensionen

E.S.A - Testzugriff in neuen Dimensionen

Gleichzeitig ermöglicht die Kombination aus neuen Packaging- und Integrations-Technologien bisher unerreichte Komplexitäten. Waren vor vielen Jahren noch mehrere Boards zur Realisierung von Systemdesigns notwendig, so sind diese heutzutage auf Schaltkreisniveau als System-on-Chip (SoC) oder System-in-Package (SiP) integriert. Dadurch können Boards einerseits miniaturisiert werden, eröffnen andererseits aber auch gigantische Möglichkeiten zur Realisierung superkomplexer Systeme. Doch egal wie die Designs konfektioniert sind, aus testtechnischer Sicht ergibt sich die Grundsatzfrage, wie derartige Systeme überhaupt noch sinnvoll getestet werden können, und ob es nicht möglich ist, gezielt Synergieeffekte zwischen Chip- und Boardtest zu generieren.

War der In-Circuit-Test über viele Jahre die dominante Testmethode, so wurde die so genannte Pin-Elektronik eines Testers aufgrund des kontinuierlich sinkenden Testzugriffs mehr und mehr in die zu testende Schaltung verlagert. Als Folge entstand eine designintegrierte Pin-Elektronik, die per JTAG-Testbus angesteuert wird. Dies ist der Ansatz des Boundary Scan (IEEE Std. 1149.x), wobei die offene Erweiterbarkeit der Registerarchitektur und die Universalität des Bus-Interfaces und seines Übertragungsprotokolls das eigentlich Geniale sind. Diese Eigenschaften machen Boundary Scan bis heute zu einer technologischen Basis für neue nicht-intrusive Verfahren und Standards zum Testen, Debuggen, Programmieren und Emulieren. Eine Tatsache, die das Ensemble der Zugriffsstrategien auf Board-Level nachhaltig verändert hat.

Mittlerweile lassen sich grundlegend folgende Klassen unterscheiden:

  • Native Connector Access (natürlicher Zugriff über die designintegrierten I/O)
  • Intrusive Board Access (künstlicher Zugriff über Nadeln und Proben)
  • Embedded System Access (natürlicher Zugriff über designintegrierten Test-Bus)

Dabei schließen sich diese Klassen in der praktischen Nutzung nicht gegenseitig aus. Inwieweit sie allerdings für den Anwender in Kombination eingesetzt werden können, hängt von den individuellen Fähigkeiten der gewählten ATE-Plattform ab.

Dennoch stellt sich die Frage, in welchem Verhältnis die einzelnen Zugriffsstrategien zueinander stehen und was Embedded System Access (ESA) praktisch bedeutet.