Wbudowane samotestowanie specjalizowanych urządzeń

Transkrypt

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
z. 113
Transport
2016
&(%.!/
Politechnika Warszawska, (,
WBUDOWANE SAMOTESTOWANIE
'"-7;62*1\_X$6|6-{'-$2*1;
RUCHEM DROGOWYM
/: 2016
Streszczenie: " drogowym ! & !%e ruchu drogowymX % stowanie
! ! % !adnieniem. W artykule
przedstawiono metody realizacji wbudowanego samotestowania w specjalizowanych ch
sterowania ruchem realizowanych !] +! G*+, ]
Przedstawiono zastosowanie liniowych generat % +/ w generacji
pseudolosowych wektorów testowych oraz tworzeniu sygnatur testowanego ]
%G*+, %]
' !
< specjalizowane sterowniki ruchu, wbudowane samotestowanieX !
walne
1. WPROWADZENIE
" sterowania ruchem drogowym !, %
]/
!!XX
#
!Xmikroprocesorowych.
Kolejnym etapem ! !
PLD (Programmable Logic Device)]"%,
Xrzy czym proces
#! ogramowalnych ^ _ porównywalny jest ! . We sterownikach ruchu drogowego wykorzystano @jedynie acji
# ! % , jak
np. wideodetekcja.
$%
szerszego wykorz !
nych w budowie sterowników ruchu drogowego przedstawiono w pracach [3, 7]. Zapropo-
152
#!
nowana tam koncepcja obejmuje wykonanie !wraz !
zowanych przez niego funkcji ! !!] +!
metody projektowania i sterowania ruchem realizowanych
w opa B' (Field Programmable Gate Array), @Xach [2,3,4].

ników lokalnych ruchu drogowego realizowanych
dach FPGA. + G*+,(Built-In Self-Test). W strukturach BIST !generatory pseudolosowe.
2. '"$6[2*-0-1-$2$\'-&*-1;
PSEUDOLOSOWYCH

!G*+,X
natomiast analiza odpowiedzi bazuje na analizie sygnatury. Do generacji wektorów pseu % & ! kongruentne.
B X ] stanem ] B
G*+, LFSR (Linear Feedback Shift Register).
LFSR – % X !
! ] ] (
]<dczepów
^_]
%+/
P(x) =p]@=2 nazywany jest zbiór
elementów {0,1} <^8) oraz iloczynem modulo 2 (9).
(=2 %v5]:
P( x) a0 x 0 a1 x1 a 2 x 2 a n1 x n1 a n x n
(1)
gdzie:
a0 an {0,1} – =2;
x – zmienna;
aN .
%an>? wtedy liczba n jest stopniem wielomianu deg(px)](
P(x) =2, który jest podzielny tylko przez
wielomian P(x) lub 1 =2]) !
P(x) k X%kx+1 jest podzielny przez
P(x)](P(x) stopnia n, którego okres k=2n-1.
Wbudowane !
153
Dla potrzeb testowania wykor+/!
yklu,
=2. Sekwencja wektorów generowana przez LFSR
X%Y
- ! – 00…0, gdzie okres k=1;
%!!k=2n-1;
- %zwrotnego.
(%!%
% !] z % X ! ! <
^]1).
C1
C2
Cn
Cn-1
D Q1
D Q2
D Qn-1
D Qn
>
>
>
>
Rys. 1. +/%
Yv>x
( ! % !
<

rzutników (rys. 2).
Cn
Cn-1
C1
Cn-2
D Qn
D Qn-1
D Qn-2
D Q1
>
>
>
>
Rys. 2. +/%
Yv>x
Sekwencje binarne generowane przez LFSR opisuje wielomian charakterystyczny:
P( x)
1 C1 x C 2 x 2 C n x n
(2)
gdzie:
C=0 – !%Qi;
C=1 – !%Qi.
@% X X X % &
% . Do budowy
takich LFSR % & tablice charakterystycznych wielomianów pierwotnych
%przedstawione w [9].
154
#!
3. SAMOTESTOWANIE SPECJALIZOWANYCH
X$6|6-{STEROWANIA RUCHEM DROGOWYM
Weryfikacja !!konieczna w kon
jaki ] (# X#XX]
(%%
ploatacyjnych podczas jego normalnej pracy w systemie.
Gy i uszkodzenia sterowników ruchu drogowego realizowanych z wykorzystaniem
! B' ! % # ^ % _]
% & ! ATE (Automated Test Equipment) lub poprzez X
wane elementy testowe BIST (Built-In Self-Test).
Niniejsza praca zawiera towania prewencyjnego
gdzie elementy BIST wbudowan ] (
wej struktury BIST Y
- ;",(Circuit Under Test);
- generator sekwencji testowych TPG (Test Patern Generator);
- analizator odpowiedzi ORA (Output Response Analizer).
C G*+, % X z systemu i poddaniu procesowi testowania X
(rys. 3).
Bist
Start
Kontroler
testu
ROM
sygnatura
Bist
Done
Fail
Generator
sekwencji
testowych
(TPG)
0
.x
(CUT)
Analizator
odpowiedzi
(ORA)
1
:
&&
:
&&
Rys. 3. G*+,
Yv>x
3.1. METODY GENERACJI SEKWENCJI TESTOWYCH
+ ,B ! ! X typów i cech
]B
Wbudowane !
155
! v1]: deterministyczne; algorytmiczne; {
{ pseudolosowe; %.
(X!
#X zastosowanie znajduje pseudolosowe generowanie sekwencji testowych.
C ! , do
! rejestry
LFSR. Podstawowy wariant +/ ego &!] (
%!
przerzutnika wprowadzony !
!^]4).
LFSR
D Q
D Q
>
>
X1
D Q
D Q
>
>
X2
Xn-1
Xn
.&'x.*
Rys. 4]/!+/
&
(!
&!%!
jestru jest niekorzystne ze !% ^!_. Stoso

%% z nich oddzielnym rejestrem (rys. 5_]$%%&
nie rejestru LFSR o mniejszym stopniu wielomianu ni% & z rejestrem
+/ (rys. 5b) )/^]5c).
LFSR
X1
a)
LFSR
Xn
X1
CUT
LFSR
Xn
X1
b)
SR
Xi
Xi+1
CUT
LFSR
Xn
X1
c)
Xi
Xi+1
Xn
CUT
Rys. 5],%
&Y_+/{_+/+/;
c) LFSR i XOR
Yv>x
3.2. -2\17;6\2"2*;-6;X&8X
Analiza odpowiedzi testowanego z wzor % X !% ! % ]( )/'!!
! – pojedynczego
!X
&
156
#!
!X
X
],
informacji w ORA [8]: koncentracja odpowiedzi; komparacja odpowiedzi; techniki licznikowe; analiza sygnatury; akumulatory; kontrola ]
W architekturze BIST proponowanej dla sterowników ruchu drogowego analizatory odpowiedzi ! ] ( % !
+/]
Rejestry LFSR tworz n-bitow sygnaturX &!
X ! ] zastosowanie
rejestru LFSR do tworzenia sygnatury przedstawiono na rysunku 6.
SIRS
C1
...011001
D Q
C2
D Q
>
>
X1
Cn-1
D Q
>
X2
Cn
D Q
>
Xn-1
Xn
Rys. 6. Rejestr SIRS
Yv>x
/
+*/+(Single Input Signature Register).
( +*+/ h przerzutników równy 0] +!
!%+/
&% n-!!
] ] (

&%!
]
G X % t oddzielony od drugiego do +/] n ! +/ ! % wielomianów charakterystycznych i wynosi p(mask) [ 2-n.
+!
%&
&!
poprzez bramki )/%&+*/+%!
]/
! % ] MISR (Multiple Input Signature Register) przedstawionego na rysunku 7. Rejestr powinien
!
&
&!%%&
& $*+/] ( $*+/ wszystkich przerzutników równy 0]+!
&!any jest w
% +/ & % unikalnej n-!!]
Wbudowane !
157
MIRS
d1
Cn-1
C2
C1
Cn
D Q
D Q
D Q
D Q
>
>
>
>
X1
Xn-1
X2
d2
dn-1
Xn
dn
Rys. 7. Rejestr MISR, Yv>x
4. IMPLEMENTACJA BIST W SPECJALIZOWANYCH
STEROWNIKACH RUCHU DROGOWEGO
G
modeli specjalizowanych !. Baza
obejm
sterowników ruchu % !
, & oraz %podsystemów ITS. )
&] G zarówno na po
!'«-:@X%
X]Y
Spartan3 XC3S200 FT256 (rys. 8_X+?-100 CP132 (rys. 8b) i innych.
a)
b)
Rys. 8]CB'Ya) XC3S200FT256; b) S3E100CP132
(!G*+,
X3. Przeprowadzone bada!G*+, w specjalizowanych sB'Xia zasobów
przez !G*+,
logiki BIST.
(:@!'«-HDL
wyspecyfikowan!+/%Xktóre wykorzystano
jako generatory sekwencji pseudolosowych (TPG) ! ste-
158
#!
rowników ruchu. (%
&^
244 _dekompozycji przedstawione na rysunku 5. Przeanali & ! !
&X:
- kilka rejestrów LFSR o mniejszym stopniu wielomianu %
&!
(rys. 5a);
- +/+/^]_{
- LFSR )/ (rys. 5c).
/ G*+,
wanego !!!<<
><
&],B
korzystano dwa rejestry LFSR, opisane wielomianem charakterystycznym P(x)=1+x9+x11,
jest to wielomianem pierwotny 11-tego stopnia. Rejestr MISR jest opisany wielomianem
charakterystycznym P(x)=1+x6+x8+x11+x12, jest to wielomian pierwotny 12-tego stopnia.
$*+/ ! >< !X ] (
Start_BIST X !
BIST_Done #
!
Fault. Przy , ! ,2·106 wektorów testowych,
!>=v$:x>vx]
Rys. 9. Implementacja BIST w specjalizowanym sterowniku ruchu drogowego
Wbudowane !
159
! X %
G*+,X%!],ablica numer 1 przedstawia wyko!!xc3s50vp100 sterownika z rysunku 9. Tabela zawiera parametry z implementacji samego bloku logicz! G*+, G*+, % ,B:
LFSR+LFSR; LFSR+SR; LFSR+XOR.
Tablica 1
Wykorzystanie zasobów ¡^¢)4V¢¢
6+
Sterownik
334/768 (43%)
333/768 (43%)
342/768 (44%)
7X
#
539/1536 (35%) 591/1536 (38%)
590/1536 (38%)
608/1536 (39%)
Przerzutników
168/1536 (10%) 229/1536 (14%)
229/1536 (14%)
218/1536 (14%)
Bloków Slice
WE/WY
Maks. ((!#4
306/768 (39%)
Sterownik z Sterownik z BIST Sterownik z BIST
(LFSR+SR)
BIST (2xLFSR)
(LFSR+XOR)
35/63 (55%)
37/63 (58%)
37/63 (58%)
37/63 (58%)
259,336 MHz
243,724 MHz
242,014 MHz
238,607 MHz
Przeprowadzone implementacje struktur BIST w specjalizowanych
wania ruchem drogowym !]
*
& ! G*+, ! % od
& ! X % ! !
] W badanych przypadka po imG*+,-20%.
*G*+,!
po
^>= _]
! ! <== $: +/ % & & ]
C ! X ! ! X
<X X „w terenie”. Rejestr 35-ego stopnia w tym czasie wygeneruje ~ 34·109 wektorów testowych.
Dla % liczbie &X ,B % nie
z rejestrów LFSR, z TPG zbudowanymi z LFSR+XOR albo LFSR+SR , %
)/
&
!X tomiast w z rejestrami SR
zmniejsza wykorzystanie zasobów kombinacyjnych. Z tabeli 1 wynika, %
&
bramkami XOR nieznacznie maleje, s
%X%,B%&!zasobami
]
160
#!
5. PODSUMOWANIE
Do realizacji prewencyjnego testowania specjalizowanych sterowników ruchu drogowego
B' G*+,] +# ^% &, logika sekwencyjna) powoduje, % stosowanie BIST, w których generacja wektorów testowych w TPG
]"

](
!
rejestry LFSR.
(!+/!
X X % ! o do
] C+/
&
! ] +
& +/ !
X % ^
! LFSR) akceptowalne jest wykorzystanie rejestrów o stopniu wielomianu do 35.
W analizatorach odpowiedzi ORA do tworzenie sygnatury dla testowanego
%+/](elu zaproponowano rejestr MISR.
Przeprowadzone badania architektur BIST implementowanych w specjalizowanych ste!!X%
&!
G*+,^<= _X
pomimo implementacji tej dodatkowej logiki,
& jedynie w nieznacznym stopniu.
%
X %
X X G*+,
wan!!B']
Bibliografia
1. Bushnell M. L., Agrawal V. D., Essentials of Electronic Testing for Digital, Memory and Mixed-Signal
VLSI Circuits. Kluwer Academic Publishers, New York, 2002.
2. !]X$!]!
nr 4/2014, str. 1825->X*!$!XX<=>]
3. !]Xych sterowników ruchu drogowego w reprogramowalnych strukturach logicznych, Politechnika Warszawska, Prace Naukowe - Transport, z.77, str. 27-44,
OWPW, Warszawa, 2011.
4. ! ]X , ! B'X
Politechnika Warszawska, Prace Naukowe - Transport, z.95, str. 115-124, OWPW, Warszawa, 2013.
5. :']X/- analiza, synteza i zastosowania #]C
X(XBX>]
6. Jha N. K., Gupta S., Testing of digital systems, Cambridge University Press, 2003.
7. ]X!]X+!
FPGA. Pomiary Automatyka Kontrola nr 7 bis’2006, str. 8-10, Agenda Wydawnicza Stowarzyszenia
SIMP, Warszawa, 2006.
8. Stroud C. E., A Designer's Guide to Built-In Self-Test. Kluwer Academic Publishers, 2002.
9. Ward R., Molteno T., Table of Linear Feedback Shift Registers. Electronics technical report No. 2012-1,
Electronics Group, University of Otago, 2012.
Wbudowane !
161
BIST IN SPECIALIZED TRAFFIC CONTROL DEVICES
Summary: Defects and errors occurring during exploitation of road traffic control devices may effect endanger the road safety, hence, testing and diagnostics of road traffic control devices is an issue of crucial significance. The paper presents the methods of execution of built-in self-testing within specialized road traffic
control devices realized within programmable systems. Architecture of built-in self-test (BIST) has been
presented in detail which realizes preventive testing during device idle state. Application has been shown of
linear generators characterized by LFSR feedback within generation of pseudorandomized test vectors as
well as obtaining signatures from system testing. Influence of various BIST structures on performance characteristics of controllers has been analyzed.
Keywords: specjalized traffic control devices, BIST, programmable logic devices