Ειδικά Θέματα Σχεδίασης Ψηφιακών Συστημάτων

Επίσημο περίγραμμα μαθήματος του ΤΜΗΥΠ (Πανεπιστήμιο Πατρών), όπως δημοσιεύεται στη σελίδα του μαθήματος και στο συνημμένο αρχείο «Περίγραμμα Μαθήματος». Το κείμενο παρατίθεται αυτούσιο, χωρίς τα πρότυπα οδηγιών του εντύπου.

Στόχοι

• Α. Θεωρία Ο φοιτητής, που ολοκληρώνει με επιτυχία το μάθημα, θα:

(1) Γνωρίζει τα διάφορα σφάλματα που εμφανίζονται σε κυκλώματα και τρόπους εξαγωγής διανυσμάτων δοκιμής για κάθε είδος σφαλμάτων (2) Γνωρίζει διάφορες μεθόδους σχεδίασης για εύκολο έλεγχο ορθής λειτουργίας. (3) Μπορεί να χρησιμοποιήσει εργαλεία ανοικτού κώδικα και εμπορικά εργαλεία για την εξαγωγή διανυσμάτων δοκιμής, εξομοίωσης σφαλμάτων και εισαγωγής μονοπατιών ολίσθησης. (4) Μπορεί να εισάγει δομές BIST.

Β. Εργαστηριακές Ασκήσεις Ο φοιτητής, που ολοκληρώνει με επιτυχία το μάθημα, έχει την ικανότητα:

(1) Χρησιμοποιώντας εργαλεία ανοικτού κώδικα ή εργαλεία της synopsys να εξάγει σύνολα δοκιμής κυκλωμάτων και να κάνει εξομοίωση σφαλμάτων. (2) Να σχεδιάζει μηχανισμούς BIST για τον έλεγχο της ορθής λειτουργίας κυκλωμάτων.

(3) Να εισάγει μονοπάτια ολίσθησης σε ακολουθιακά κυκλώματα.

Περιεχόμενο (ύλη)

• Εισαγωγή στον έλεγχο ορθής λειτουργίας ψηφιακών συστημάτων και είδη ελέγχου.
• Μέρος Α.
• Έλεγχος ορθής λειτουργίας. Φυσικές βλάβες, ταξινόμηση των βλαβών, μοντέλα σφαλμάτων (απλά και πολλαπλά σφάλματα μόνιμης τιμής, βραχυκυκλώματα, ανοιχτές γραμμές, τρανζίστορ που άγουν πάντα ή δεν άγουν ποτέ, σφάλματα καθυστέρησης) ανίχνευση και διάγνωση σφαλμάτων, εξομοίωση σφαλμάτων (σειριακή, παράλληλη, επαγωγική και σύνδρομη εξομοίωση), εξαγωγή διανυσμάτων δοκιμής (με ψευδοτυχαίο τρόπο, με ντετερμινιστικό, αλγόριθμος D, PODEM και FAN), συμπίεση του συνόλου δοκιμής με στατικό και δυναμικό τρόπο, τεχνικές ελέγχου που βασίζονται στη μέτρηση ρεύματος, έλεγχος ορθής λειτουργίας μνημών.
• Μέρος Β.
• Σχεδίαση για εύκολο έλεγχο. Ταξινόμηση των μεθόδων και γενικές οδηγίες, εισαγωγή σημείων δοκιμής (σημείων ελέγχου και σημείων παρατήρησης), ψευδοεξαντλητικός έλεγχος, τεχνικές σχεδίασης μονοπατιών ολίσθησης, (scan paths) για διάφορα είδη μηχανών (πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα), η τεχνική των παράλληλων μονοπατιών ολίσθησης, η τεχνική της μερικής χρήσης μονοπατιών ολίσθησης (partial scan paths), τεχνικές ενσωματωμένου αυτοελέγχου, Built-In Self-Test, BIST (κυκλώματα παραγωγής διανυσμάτων δοκιμής, π.χ. LFSR, cellular automata, κυκλώματα συμπίεσης της απόκρισης της υπό έλεγχο μονάδας), αρχιτεκτονικές για εφαρμογή ενός διανύσματος δοκιμής σε κάθε κύκλο ρολογιού (test per clock BIST), αρχιτεκτονικές για εφαρμογή ενός διανύσματος δοκιμής σε κ κύκλους ρολογιού, όπου η τιμή του κ εξαρτάται από τον τρόπο υλοποίησης των μονοπατιών ολίσθησης (test per scan BIST), τεχνικές συμπίεσης των δεδομένων δοκιμής (που βασίζονται σε χρήση LFSR, σε κώδικες, σε broadcast), πρότυπο περιφερειακής ολίσθησης, Digital Boundary Scan, IEEE St. 1149.1, (αναλυτική παρουσίαση, αρχιτεκτονικές χρησιμοποίησης του προτύπου σε επίπεδο πλακετών και συστήματος), πρότυπο ελέγχου εμφωλευμένων προσχεδιασμένων μονάδων, IEEE St. 1500, (αναλυτική παρουσίαση, έλεγχος ορθής λειτουργίας συστημάτων που υλοποιούνται σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, System On Chip, SOC).
• Εργαστηριακές ασκήσεις: εξαγωγή του συνόλου δοκιμής διάφορων κυκλωμάτων χρησιμοποιώντας το ATALANTA, εξομοίωση σφαλμάτων με το HOPE, εισαγωγή μονοπατιών ολίσθησης χρησιμοποιώντας τα εργαλεία της SYNOPSYS.

Αξιολόγηση

Η αξιολόγηση των φοιτητών υποστηρίζεται στην ελληνική γλώσσα, μέσω τελικής γραπτής εξέτασης, δύο φορές κάθε ακαδημαϊκό έτος. Η εξέταση γίνεται σε δύο ανεξάρτητες ενότητες: θεωρία και εργαστηριακές ασκήσεις. Η εξέταση της θεωρίας οργανώνεται με ερωτήσεις ανάπτυξης, ερωτήσεις σύντομης απάντησης, επίλυσης ασκήσεων και προβλημάτων. Η αξιολόγηση σχετικά με την εμπέδωση της θεωρίας γίνεται μέσω τελικής γραπτής εξέτασης που περιλαμβάνει ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής, ερωτήσεις σύντομης απάντησης, ερωτήσεις ανάπτυξης και επίλυσης προβλημάτων. Μετά την ανακοίνωση των αποτελεσμάτων δίνεται η δυνατότητα στους φοιτητές να δουν το γραπτό τους για να καταλάβουν τα λάθη τους και τον τρόπο με τον οποίο βαθμολογήθηκαν. Η αξιολόγηση των εργαστηριακών ασκήσεων γίνεται κατά την διάρκεια της εκπόνησης τους, αλλά και στις εργαστηριακές αναφορές που παραδίδουν μετά την ολοκλήρωση τους.

Βιβλιογραφία

• Έλεγχος Ορθής Λειτουργίας VLSI Κυκλωμάτων και Συστημάτων- Σχεδίαση για Εύκολο Έλεγχο, Σημειώσεις Δ. Νικολός
• VLSI Test Principles and Architectures: Design for Testability, Cheng-Wen Wu, Laung-Terng Wang, and Xiaoqing Wen, Morgan Kaufmann, 2006. -Συναφή επιστημονικά περιοδικά:
• IEEE Design & Test of Computers
• IEEE Transactions on Computers,
• IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems
• IEEE Transactions on VLSI Systems.