Reuse-based test planning for core-based systems-on-chip

Abstract

Electronic applications are currently developed under the reuse-based paradigm. This design methodology presents several advantages for the reduction of the design complexity, but brings new challenges for the test of the final circuit. The access to embedded cores, the integration of several test methods, and the optimization of the several cost factors are just a few of the several problems that need to be tackled during test planning. Within this context, this thesis proposes two test planning approaches that aim at reducing the test costs of a core-based system by means of hardware reuse and integration of the test planning into the design flow. The first approach considers systems whose cores are connected directly or through a functional bus. The test planning method consists of a comprehensive model that includes the definition of a multi-mode access mechanism inside the chip and a search algorithm for the exploration of the design space. The access mechanism model considers the reuse of functional connections as well as partial test buses, cores transparency, and other bypass modes. The test schedule is defined in conjunction with the access mechanism so that good trade-offs among the costs of pins, area, and test time can be sought. Furthermore, system power constraints are also considered. This expansion of concerns makes it possible an efficient, yet fine-grained search, in the huge design space of a reuse-based environment. Experimental results clearly show the variety of trade-offs that can be explored using the proposed model, and its effectiveness on optimizing the system test plan. Networks-on-chip are likely to become the main communication platform of systemson- chip. Thus, the second approach presented in this work proposes the reuse of the on-chip network for the test of the cores embedded into the systems that use this communication platform. A power-aware test scheduling algorithm aiming at exploiting the network characteristics to minimize the system test time is presented. The reuse strategy is evaluated considering a number of system configurations, such as different positions of the cores in the network, power consumption constraints and number of interfaces with the tester. Experimental results show that the parallelization capability of the network can be exploited to reduce the system test time, whereas area and pin overhead are strongly minimized. In this manuscript, the main problems of the test of core-based systems are firstly identified and the current solutions are discussed. The problems being tackled by this thesis are then listed and the test planning approaches are detailed. Both test planning techniques are validated for the recently released ITC’02 SoC Test Benchmarks, and further compared to other test planning methods of the literature. This comparison confirms the efficiency of the proposed methods.

O projeto de sistemas eletrônicos atuais segue o paradigma do reuso de componentes de hardware. Este paradigma reduz a complexidade do projeto de um chip, mas cria novos desafios para o projetista do sistema em relação ao teste do produto final. O acesso aos núcleos profundamente embutidos no sistema, a integração dos diversos métodos de teste e a otimização dos diversos fatores de custo do sistema são alguns dos problemas que precisam ser resolvidos durante o planejamento do teste de produção do novo circuito. Neste contexto, esta tese propõe duas abordagens para o planejamento de teste de sistemas integrados. As abordagens propostas têm como principal objetivo a redução dos custos de teste através do reuso dos recursos de hardware disponíveis no sistema e da integração do planejamento de teste no fluxo de projeto do circuito. A primeira abordagem considera os sistemas cujos componentes se comunicam através de conexões dedicadas ou barramentos funcionais. O método proposto consiste na definição de um mecanismo de acesso aos componentes do circuito e de um algoritmo para exploração do espaço de projeto. O mecanismo de acesso prevê o reuso das conexões funcionais, o uso de barramentos de teste locais, núcleos transparentes e outros modos de passagem do sinal de teste. O algoritmo de escalonamento de teste é definido juntamente com o mecanismo de acesso, de forma que diferentes combinações de custos sejam exploradas. Além disso, restrições de consumo de potência do sistema podem ser consideradas durante o escalonamento dos testes. Os resultados experimentais apresentados para este método mostram claramente a variedade de soluções que podem ser exploradas e a efi- ciência desta abordagem na otimização do teste de um sistema complexo. A segunda abordagem de planejamento de teste propõe o reuso de redes em-chip como mecanismo de acesso aos componentes dos sistemas construídos sobre esta plataforma de comunicação. Um algoritmo de escalonamento de teste que considera as restrições de potência da aplicação é apresentado e a estratégia de teste é avaliada para diferentes configurações do sistema. Os resultados experimentais mostram que a capacidade de paralelização da rede em-chip pode ser explorada para reduzir o tempo de teste do sistema, enquanto os custos de área e pinos de teste são drasticamente minimizados. Neste manuscrito, os principais problemas relacionados ao teste dos sistemas integrados baseados em componentes virtuais são identificados e as soluções já apresentadas na literatura são discutidas. Em seguida, os problemas tratados por este traballho são listados e as abordagens propostas são detalhadas. Ambas as técnicas são validadas através dos sistemas disponíveis no ITC’02 SoC Test Benchmarks. As técnicas propostas são ainda comparadas com outras abordagens de teste apresentadas recentemente. Esta comparação confirma a eficácia dos métodos desenvolvidos nesta tese.