Izdelava testne naprave za testiranj namenskega vezja, specifičnega za uporabo SiCA
Avtor: Matevž Ves
Mentor: izr. prof. dr. Matej Rojc univ. dipl. inž. el.
Stopnja: 1.
Datum: september, 2021
Problematika ASIC vezij
Integrirano vezje, specifično za aplikacije (ASIC) je integrirano vezje (IC) prilagojeno za točno določeno uporabo. Namesto da bi razvijali integrirano vezje za splošno uporabo, kot so ojačevalniki ali regulator napetosti, so ASIC vezja zasnovana posebej za enega naročnika, in morajo izvajati določeno funkcijo. Čeprav je za razvoj ASIC vezja lahko začetna naložba zelo velika, se le ta dolgoročno lahko obrestuje. Naročniki se za njihovo izdelavo in razvoj odločajo zaradi majhnega števila potrebnih elektronskih komponent, kar posledično zmanjša velikost ohišja, zniža porabo in zviša zanesljivost vezja. Da so čipi lahko tudi stroškovno učinkoviti mora biti čas načrtovanja čim krajši, kar se pogosto izkaže za zahtevno nalogo. Pri načrtovanju se namreč za preverjanje delovanja porabi 70-80% celotnega časa razvoja, zato je nujno potrebno dobro testno okolje. Ključnega pomena je namreč, da med razvojem vsako verzijo vezja dobro preizkusimo in odkrijemo čimveč napak, saj so maske za izdelavo integriranih vezij drage.
Strojna oprema
Arty je bila razvojna platforma. Zasnovana je na podlagi poljsko programabilne matrike vrat Artix-7 proizvajalca Xilinx. Na razvojni plošči se je realiziralo sistem za krmiljenje SiCA celice, modul za serijski periferni vmesnik, (SPI) komunikacijo in pa celico SiCA. Razvojna plošča vsebuje zelo učinkovit razhroščevalnik, saj lahko z njim nastavimo sonde v notranjosti matrik vrat in tako zajemamo signale, ki jih na silicijevi izvedbi celice ni mogoče. Mikrokrmilnik temelji na 32-bitnem jedru Arm Cortex-M4. Vsebuje več komunikacijskih vmesnikov, med njimi sta tudi SPI in pa serijska komunikacije preko univerzalnega serijskega vodila (USB). Plošča je kompatibilna z razvojno plošče Arduino Nano in integriranim razvojnim okoljem (IDE) Arduino, ki poenostavi pisanje in nalaganje programov.
Programska oprema
Za razvoj uporabniškega vmesnika je uporabljen visokonivojski programski jezik python. Sam vmesnik je sestavljen iz dveh delov, prvi skrbi za grafično prikazovanje in manipulacijo podatkov, drugi pa za serijsko komunikacijo s pretvornikom protokolov. Za razliko od konzolnih aplikacij, ki se izvajajo zaporedno, temeljijo grafične aplikacije na dogodkih. Funkcije in metode se izvajajo kot odgovor na dejanja uporabnikov, kot je klik na gumb. Gradniki so zasnovani tako da oddajajo signal kot odgovor na enega ali več dogodkov.
Metastabilnost
Za pravilno delovanje digitalnih logičnih vezjih mora biti digitalni signal v določenih mejah napetosti, da predstavlja logično raven ‘0’ ali ‘1’. V nasprotnem primeru lahko vezje deluje nepredvidljivo, kar lahko privede do okvare sistema. Vsi registri v digitalnih napravah imajo opredeljene zahteve glede časa prehoda signala, ki zagotovi pravilno zajemanje podatkov na svojih vhodih in generiranje izhodnih signalov. Za pravilno delovanje mora biti tako signal stabilen določen čas pred in po urini fronti. V metastabinem stanju izhod registra lebdi pri vrednosti med logično ‘0’ in ‘1’.
Naprava se v podjetju RLS Merilna tehnika uporablja za izvajanje testov nad vezjem SiCA. Ker vsi testi še niso v naprej predvideni se pričakuje, da se bo testna naprava v prihodnosti še dodatno razvijala. Pri prvem testu se testira pisanje ter branje registrov v počasnem načinu. Pri tem testu se preveri, če časovne omejitve zadostujejo specifikacijam. Sledi pa še testiranje hitrih ukazov za inkrementacijo in dekrementacijo vrednosti registrov. V kasnejši fazi testiranja pa se konstantno bere vrednosti registrov, njihovo vrednost pa osvežuje v grafičnem vmesniku. Tako lahko podrobno spremljamo delovanje vezja in izvajamo željene teste.
