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Verfahren zum Testen und Konfigurieren von Systemen in
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integrierten Schaltungen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen und Konfigurieren
von Systemen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung zur
Durchführung des Verfahrens.
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Integrierte Schaltungen tendieren zu immer höherer Komplexität und
immer größeren Chipabmessungen. Große Probleme bereiten dabei die mit zunehmender
Komplexität überproportional anwachsenden Testkosten und die stich mit größeren
Chipabmessungen verschlechternden Ausbeuten. Eine bekannte Methode, die Testkosten
zu senken, besteht darin, fehlerredundante Schaltungen aufzubauen, wobei zwischen
statischer und dynamischer Fehlerredundanz unterschieden wird.
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Eine statische Fehlerredundanz erfordert zumindest eine dreifache
Schaltungsauslegung mit einem ebenfalls fehlerredundanten Vergleicher. Dieser führt
laufend eine Mehrheitsentscheidung durch. Fällt ein Schaltungsteil aus, wird dies
erkannt, und die Schaltung arbeitet mit den Ergebnissen der zwei übrigen Schaltungen
weiter. Eine beliebig große Schaltung ist in Module zu zerlegen, die jeweils so
klein sind, daß die Ausbeuteerwartung hoch genug wird. Deshalb ist dieses Konzept
in mehreren Hirachieebenenen durchzuführen. Dadurch, und bei breiten Busstrukturen
wie beispielsweise bei einem 32-Bit-Computer, er-
fordert eine solche
Schaltung mindestens den vierfachen Flächenbedarf im Vergleich zu einer Einzelschaltung.
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Im Unterschied zur statischen Redundanz arbeiten die Schaltungen einer
dynamischen Redundanz nicht parallel. Es wird jeweils immer nur ein Teil der Schaltung
betrieben. Im Fehlerfall wird auf eine weitere, einwandfreie Schaltung umgeschaltet.
Nachteilig dabei ist wie bei der statischen Fehlerredundanz der hohe Schaltungsaufwand.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung
zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei welchem ein geringerer Schaltungsaufwand
erforderlich ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
bzw. 3 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das Verfahren beruht darauf, daß Testen, Konfigurieren und Systembetrieb
in zeitlich getrennten Phasen durchgeführt werden. Die Test- und Konfigurationsschaltungen
sind von der Systemschaltung abtrennbar. Während des Betriebs erfolgt also kein
Vergleich zwischen gleichzeitig arbeitenden Schaltungen wie bei der statischen Redundanz.
Ebensowenig wird während des Betriebs getestet wie bei der dynamischen Redundanz.
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Daraus ergibt sich eine eingeschränkte Fehlerredundanz. Die Schaltung
toleriert keine während des Betriebs auftretende Fehler, sondern testet und konfiguriert
sich auf Anweisung, beispielsweise beim Einschalten, oder bei Verdacht auf fehlerhaftes
Arbeiten.
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Auf diese Weise läßt sich der erforderliche Schaltungs-und damit Flächenaufwand
vom etwa Vierfachen auf weniger als das Zweifache vermindern. Ein weiterer Vorteil
ist der geringere Leistungsbedarf.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles
weiter beschrieben.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung Fig. 2 zeigt
eine Einzelheit der Fig. 1.
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Fig. 1 zeigt schematisch ein integriertes System, bestehend aus Funktions-Einheiten
wie beispielsweise Rechenwerken, Speichern und Ein-Ausgabeeinheiten.
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Diese Einheiten sind ihrerseits in Module als kleinste logische und
funktionelle Einheiten unterteilbar. Zur Verbindung dieser Module sind serielle
und parallele Busse vorgesehen. Das System kennt mehrere Betriebszustände.
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Als Systememodule 1 sind diejenigen Module bezeichnet, mit welcher
die eigentliche Aufgabe des Systems durchgeführt werden. Sie bestehen beispielsweise
jeweils aus 8 Bitteilen eines 32-Bit-Rechenwerks.
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Mit 2, 2a sind Kreuzschienenverteiler-Module bezeichnet, die beispielsweise
aus Flip-Flop-Schaltern bestehen, um serielle und parallele Busverbindungen herzustellen
oder zu trennen.
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Test- und Konfigurationsmodule 3 bestehen aus autonomen Rechenwerken
mit der Fähigkeit, sich selbst,die Systemmodule 1 und die Kreuzschienenverteiler-Module
2 zu testen
und zu steuern. Es sind aus Redundanzgründen mehrere
derartige Module vorgesehen. Die Test- und Konfigurationsmodule 3 liegen über Schnittstellenmodule
4 an einem seriellen Test- und Konfigurierbus 5, welcher eine Verbindung untereinander
und mit den übrigen Modulen herstellt. Ein Test- und Konfigurationsmodul 3 ist beispielsweise
durch eine dem Microcomputer SAB 8051 entsprechende Anordnung realisiert.
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Die Aufgabe der Schnittstellenmodule 4 ist das Wandeln der parallelen
Modul daten in seriell Busdaten im Sendebetrieb und das Wandeln der seriellen Busdaten
in parallele Moduldaten im Empfangsbetrieb. Ferner prüfen sie die Übertragungsqualität
des seriellen Busses 5. Dieser besteht wegen der erforderlichen Redundanz beispielsweise
aus vier Leitungen. Die Schnittstellenmodule 3 prüfen und wählen eine einwandfreie
Leitung aus und sichern die Ubertragungs qualität.
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Über einen redundant ausgelegten, seriellen Resetbus 7 werden alle
Test- und Konfigurationsmodule 2 zurückgesetzt und gestartet.
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Das gesamte System und die Größe der Module ist beispielsweise so
aufgebaut, daß mit mindestens 80% bis 90 % Ausbeute zu rechnen ist. In dem in Fig.
1 wiedergegebenen Beispiel bestehen die Systemmodule 1 jeweils aus 8-Bitteilen eines
32-Bit-Rechenwerks, d.h. zwei von sechs Modulen sind redundant.
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Fig. 2 zeigt schematisch einen Kreuzschienenmodul 2, der so beschaltet
ist, daß alle sich kreuzenden Busleitungen 5a, 5b über Schalter 8 miteinander verbindbar
sind.
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Im folgenden wird das Verfahren bzw. die Funktion der Anordnung im
einzelnen beschrieben. Die Anordnung kann drei Systemzustände einnehmen. In einem
Testbetrieb testen sich die Test- und Konfigurationsmodule 3 selbst, sowie die Verbindungen
zwischen allen Modulen über die Kreuzschienenverteiler 2. Ferner werden die Systemmodule
1 geprüft. In einem Konfigurationsbetrieb verbinden die Test- und Konfigurationsmodule
3 die einwandfreien Systemmodule 1 miteinander und schalten sie zum endgültigen
System zusammen.
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In einem Systembetrieb nehmen die Systemmodule 1 ihre eigentliche
Aufgabe wahr. Die beiden ersten Betriebszustände sind nur dann zu wiederholen, wenn
das System fehlerhaft arbeitet.
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Nach dem Einschalten werden über den Resetbus 7 alle autonomen Test-
und Konfigurationsmodule 3 gestartet. Sie beginnen gleichzeitig mit dem Selbsttest.
Anschließend beginnen die Test- und Konfigurationsmodule 2 über den seriellen Bus
5 Informationen auszutauschen, mit dem Ziel, die einwandfrei arbeitenden Test- und
Konfigurationsmodule festzustellen und die Aufgaben für die folgenden Schritte zu
verteilen. Die Selbsttests dauern in allen Test- und Konfigurationsmodulen 2 etwa
gleich lang, vorausgesetzt, das Ergebnis ist positiv. Um eine Kommunikation zwischen
den Test- und Kommunikationsmodulen zu ermöglichen, ist programmäßig eine Zeitpriorität
vorgesehen.
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Demgemäß sendet der niederwertigste Test- und Konfigurationsmodul
3 seine Anfrage zuerst. Die übrigen Module 3 sind umso länger auf Empfangsbetrieb
eingestellt, je höher ihre Priorität ist. Auf diese Weise wird jeder Modul 3 erst
dann aktiv, wenn die ihm zugeordnete Wartezeit abgelaufen ist, die sicherstellt,
daß kein niederwertigeres Modul 3 arbeitet. Erfolgt von einem niederwertigeren Modul
3 keine
Anfrage, beispielsweise weil er defekt ist, so übernimmt
der Modul 3 mit der nächst höheren Priorität dessen Aufgabe.
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Wegen der erforderlichen Fehlertoleranz stehen für den Test- und Konfigurationsbus
5 mehrere serielle Verbindungsleitungen zur Verfügung. Diese werden von dem jeweils
aktiven Test- und Konfigurationsmodul über den zugehörigen Schnittstellen-Modul
2 vor einer Datenübertragung geprüft. Die Information darüber, welche und wieviele
Datenleitungen einwandfrei arbeiten, wird an die weiteren Test-und Konfigurationsmodule
3 weitergegeben. Im Beispiel gemäß Fig. 2 sind drei von vier Leitungen redundant.
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Der niederwertigste, fehlerfrei arbeitende Test- und Konfigurationsmodul
3 sendet seine Anfragen nacheinander an die höherwertigeren und tauscht ggf. mit
diesen Daten aus. Auf diese Weise ist eine Übersicht über fehlerfreie und defekte
Test- und Konfigurationsmodule 3 zu erhalten.
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Der niederwertigste der fehlerfrei arbeitenden Test- und Konfigurationsmodule
übernimmt als sog. Master für die folgenden Schritte die Regie.
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Der Master teilt bei dem Test der Systemmodule 1 des redundanten Systembusses
6 und der weiteren, darin angeordneten Kreuzschienenverteiler 2a, die Aufgaben auf
die arbeitsfähigen Test- und Konfigurationsmodule 3 auf (Slaves). Im ungünstigsten
Fall prüft er alle Systemmodule 1, den Systembus 6 und die weiteren Kreuzschienenverteiler
2a selbst.
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Im nächsten Schritt veranlaßt der Master das Zusammenschalten der
Systemmodule 1 und der einwandfreien Busleitungen des Busses 6 zur vorgesehenen
größeren Organisationseinheit. Außerdem schaltet er alle fehlerhaften und redundanten
Module ab.
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Bei der Prüfung wird in folgenden Schritten vorgegangen: Der aktuelle
prüfende Test- und Konfigurationsmodul 3 adressiert als erstes den nächsten zu prüfenden
Kreuzschienenmodul 2 und einen der darin angeordneten Schalter 8. Die Adresse wird
nach einer Parallel/Seriell-Wandlung im Schnittstellenmodul 4 über eine einzige
Leitung des Test-und Konfigurationsbusses 5 übertragen. Dort wird der Datenfluß
wieder gewandelt und in einem Register zwischengespeichert. Der Kreuzschienenmodul
2 antwortet, ob die gewünschte Schalterfunktion tatsächlich ausgeführt wurde.
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Das Ergebnis wird im Speicher des Testmoduls abgelegt. Dann wird der
nächste, auf dem Weg zu einem weiteren Test und Konfigurationsmodul 3 bzw. einem
Systemmodul 1 liegenden Kreuzschienenmodul 2 zusammen mit einem Schalter 8 adressiert
und das Ergebis protokolliert. Auf diese Weise werden nacheinander alle Leitungen
und alle Schalter getestet.
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2 Figuren 5 Patentansprüche
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