Aufgabenstellung

Jedes entwickelte Produkt muss vor dem Verkauf auf seine Funktionsweise getestet werden. Ein Fehler in einem Chip, der in millionenfacher Höhe verkauft wird, ist absolut inakzeptabel. Aus diesem Grund testet auch die Firma Intel Austria GmbH die entwickelten und als Prototyp realisierten Schaltungen in ihren Labors.

Allerdings wird hierfür zurzeit ein Testboard verwendet, welches den Anforderungen zur Überprüfung zwar entspricht, jedoch der notwendige Arbeitaufwand zur Geschwindigkeits- und Flexibilitätsoptimierung der derzeitigen Lösung nicht ökonomisch wäre. Eine Plattform zur Programmierung von den Samples soll schnell, einfach zu verwenden und mit jedem beliebigen Testchip kompatibel sein. Derzeit wird ein FPGA-Board (Field Programmable Gate Array) von Xilinx genutzt, welches zur Kommunikation eine USB-Schnittstelle mit einem Treiber nutzt, der für diese Anwendung nicht optimiert ist. Aufgrund der Implementierung des USB-Treibers, können Pausen zwischen den gesendeten Paketen nicht eine Mindestzeit un-terschreiten, womit der Overhead groß und damit die Datenrate gering ist. Da kein Prozessor vorhanden ist, ist die Flexibilität sehr gering. So brauchen Tests unnötig lange und der Messtechniker wird im Arbeitsfluss unterbrochen.

Das Diplomarbeitsprojekt “Intel Chip Programmer” soll diese Situation verbessern. Es soll der testspezifische 16 Mbit-Speicher schneller als mit der vorgehenden Lösung (maximal zwei Minuten) beschrieben und gelesen werden können. Die Testplattform soll sich in die bestehende Testumgebung einfügen und sich somit einfach mit einem Matlab-Befehlssatz steuern lassen können. Das Projekt soll generisch aufgebaut werden, um leicht für zukünftige Testchips adaptierbar zu sein.

Realisierung

Aufgrund der schon bekannten Anforderungen, welche die Testplattform erfüllen muss, wurde schnell klar, dass als Hardware ein Minicomputer benötigt wird. Dabei fiel die Wahl auf den Red Pitaya, da nur dieser sowohl einen FPGA zur echtzeitfähigen Kommunikation über die Ein- und Ausgangspins, als auch einen Prozessor zur Datenübertragung und -verarbeitung besitzt.

Als Steuerung wurde ein Matlab-Befehlssatz, welcher einen TCP-IP Client beinhaltet, sowie ein TCP/IP-Server entwickelt. Der Server läuft dabei auf dem Prozessor des Red Pitayas, empfängt und verarbeitet die ankommenden Befehle und leitet sie über einen internen Bus an den FPGA weiter.

Der FPGA setzt die Anweisungen anschließend gemäß dem entsprechenden Protokoll auf die verschiedenen Schnittstellen um, um mit dem Testchip und der externen Peripherie zu kommunizieren.

Ergebnisse

Es wurde eine vollständig funktionsfähige Testplattform entwickelt, welche sowohl die Musskriterien einer schnellen und flexiblen Kommunikation mit dem Testchip, als auch die Wunschkriterien erfüllt. Dazu gehören blockweises Schreiben von Befehlen, wobei mehrere Befehle gesammelt und in einem Schritt zur Geschwindigkeitsoptimierung übertragen werden können, und die Steuerung von externer Peripherie. Nun ist es möglich, die 16 Mbit des Speichers nicht nur in unter zwei Minuten, sondern innerhalb von 25 Sekunden zu beschreiben und auszulesen. Damit wurde die Geschwindigkeit, je nach Anwendung, um das Drei- bis Zehnfache angehoben.

Als Grundlage hierfür wurde der Red Pitaya genutzt. Die Steuerung wird komplett mit Hilfe von Matlab-Befehlen durchgeführt, sodass der “Intel Chip Programmer” in die derzeitige Testumgebung integriert werden kann. Die Plattform arbeitet über testchipspezifische Regis-terbeschreibungsdateien komplett generisch. Die Programmierung selbst erfolgt über Schnittstellen wie JTAG, I2C oder SPI, welche auch zur Kommunikation mit Peripherie, wie Spannungsmodulen und anderem, genutzt werden können.