Μεθοδολογίες δοκιμής για πολυεπεξεργαστές και πολυπύρηνα ολοκληρωμένα κυκλώματα

Abstract

All integrated circuits from simplest to complex it is possible to present faulty operation which can happen due to various reasons. Several circuits present faults imported during the manufacturing process, while failures can also occur during their operation. In order to determine whether an integrated circuit has been manufactured correctly, or that it continues to provide the specified functionality, it should successfully pass a process called testing. Few years ago, the high reliability requirement in electronic circuits was limited in military and banking applications, where an erroneous operation can have devastating effects. However, as the electronic circuits present wide spread in several sectors of our day life, while at the same time the technology feature size shrinks fast, the manufacturing testing plays an important role in guaranteeing the quality and the reliability of end products. This PhD thesis proposes methodologies for self-testing problem of System-on-Chip, SoC and especially for communication controllers of these integrated circuits, as well as for symmetric multiprocessors with different interconnection schemes such as shared bus and crossbar switch. In the first chapters of this thesis we proposed a systematic self-testing methodology for communication peripheral controllers integrated in a SoC. The proposed methodology is based on deterministic testing and is generic and fully applicable in any communication peripheral. Moreover, we proposed a hybrid self-test methodology for SoC that combines the deterministic methodology with a semi-automated, pseudorandom methodology. In the second part of this thesis we presented a test routines scheduling methodology for symmetric multiprocessors with different interconnection schemes, such as shared bus and crossbar switch. The solution that we proposed has significant importance nowadays where chip multiprocessors, including either multiple cores (multicores), or multiple threads (multithread) are used more widely than ever. The test scheduling methodology uses the inherent parallelism of multiprocessors architecture in order to decrease dramatically the total test execution time of the self-test programs.

Οποιοδήποτε ολοκληρωμένο κύκλωμα από το πιο απλό ως το πιο σύνθετο είναι δυνατόν να παρουσιάσει εσφαλμένη λειτουργία η οποία μπορεί να οφείλεται σε ποικίλους παράγοντες. Κάποια κυκλώματα παρουσιάζουν ελαττώματα τα οποία εισήχθησαν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής, ενώ βλάβες μπορεί να παρουσιαστούν και κατά τη διάρκεια της χρήσης τους. Για να καθοριστεί αν ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα έχει κατασκευαστεί σωστά, ή ότι συνεχίζει να λειτουργεί σύμφωνα με τον επιθυμητό τρόπο, πρέπει να περάσει από μια διαδικασία ελέγχου ορθής λειτουργίας που ονομάζεται δοκιμή. Παλαιότερα, η ανάγκη υψηλής αξιοπιστίας των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων περιοριζόταν μόνο στους τομείς των στρατιωτικών και τραπεζικών εφαρμογών, όπου μια δυσλειτουργία μπορεί να είχε καταστροφικά αποτελέσματα. Καθώς όμως τα ηλεκτρονικά κυκλώματα παρουσιάζουν ευρεία εξάπλωση σε πολλούς τομείς της καθημερινής μας ζωής, ενώ παράλληλα το μέγεθος της τεχνολογίας κατασκευής τους συρρικνώνεται γρήγορα, η δοκιμή κατασκευής λαμβάνει σημαντικό ρόλο στην εξασφάλιση της ποιότητας και της αξιοπιστίας των τελικών προϊόντων. Στη διδακτορική αυτή διατριβή προτείνονται μεθοδολογίες για την επίλυση του προβλήματος της αυτοδοκιμής πολυπύρηνων συστημάτων σε ολοκληρωμένο κύκλωμα με έμφαση στους πυρήνες ελεγκτών περιφερειακών συσκευών καθώς και τους πολυεπεξεργαστές με σύνδεση κοινού διαύλου και σταυρωτού μεταγωγέα. Στο πρώτο μέρος της διατριβής προτάθηκε μια συστηματική μεθοδολογία για την αυτοδοκιμή SoC με λογισμικό με έμφαση σε πυρήνες περιφερειακών ελεγκτών επικοινωνίας. Η προτεινόμενη μεθοδολογία βασίζεται στη ντετερμινιστική δοκιμή και είναι γενική και πλήρως εφαρμόσιμη σε μια μεγάλη ομάδα περιφερειακών συσκευών. Επιπλέον, προτάθηκε μια υβριδική μεθοδολογία αυτοδοκιμής SoC με λογισμικό που συνδυάζει την παραπάνω ντετερμινιστική μεθοδολογία με μια ημι-αυτοματοποιημένη, ψευδοτυχαία μεθοδολογία. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής παρουσιάζεται μια μεθοδολογία για τον χρονοπρογραμματισμό δοκιμής πολυεπεξεργαστών με συνδεσμολογία κοινού διαύλου και σταυρωτού μεταγωγέα. Η λύση που προτάθηκε έχει εξαιρετική σημασία τώρα που οι πολυεπεξεργαστές σε ολοκληρωμένο κύκλωμα, είτε με πολλαπλούς πυρήνες, είτε με πολλαπλά νήματα χρησιμοποιούνται ευρύτερα από ποτέ. Η παραπάνω μεθοδολογία χρονοπρογραμματισμού δοκιμής χρησιμοποιεί τον έμφυτο παραλληλισμό των αρχιτεκτονικών των πολυεπεξεργαστών για να μειώσει δραματικά το συνολικό χρόνο εκτέλεσης προγραμμάτων αυτοδοκιμής.