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Steffen Zeidler

• During the last years, the asynchronous design style has been rediscovered as a potential solution to upcoming design issues in deep-submicron technologies. However, besides the lack of commercial tools supporting this design style, one major challenge is the test of asynchronous designs. Especially their event-driven behavior leads to problems during test. Basically, the timing of asynchronous circuits is determined by gate and wire delays that are sensitive to variations of environmental parameters (process, voltage and temperature). This leads to uncertainties in the timing of the responses. Consequently, standard commercial test systems cannot be used, because such systems read the responses at specific cycles and, therefore, could reject fault-free devices. Furthermore, available hardware testers are, in principle, not designed to react to signal events from the design-under-test as it is necessary to establish asynchronous communication via handshake signalling. As a result, even simple functional tests that only apply stimuliDuring the last years, the asynchronous design style has been rediscovered as a potential solution to upcoming design issues in deep-submicron technologies. However, besides the lack of commercial tools supporting this design style, one major challenge is the test of asynchronous designs. Especially their event-driven behavior leads to problems during test. Basically, the timing of asynchronous circuits is determined by gate and wire delays that are sensitive to variations of environmental parameters (process, voltage and temperature). This leads to uncertainties in the timing of the responses. Consequently, standard commercial test systems cannot be used, because such systems read the responses at specific cycles and, therefore, could reject fault-free devices. Furthermore, available hardware testers are, in principle, not designed to react to signal events from the design-under-test as it is necessary to establish asynchronous communication via handshake signalling. As a result, even simple functional tests that only apply stimuli and read the responses of the design-under-test cannot be realized without preparatory measures. This work addresses these issues and proposes a concept to enable functional tests of asynchronous designs. The concept is based on a special test processor that provides generic interfaces used to establish asynchronous handshake communication with a device-under-test. By this, elastic functional tests can be realized that overcome the static timing of conventional tests and emulate the real operating environment of the design. Apart from the generic test processor architecture, an essential part of the concept deals with the establishment of the processor as a stand alone or embedded test equipment. A workflow is provided that describes how the device-under-test can be embedded into the test processor environment for performing the tests. Besides the interconnection between the asynchronous design and the test processor, this especially includes the generation of programs that realize the functional tests of the design. A methodology is introduced that generates the desired programs for the processor from a standard functional simulation of the design-under-test. Based on the generic concept, a framework including both a test processor implementation and the realization of the program generation is delivered. In order to evaluate the entire concept, this framework has been applied to functionally test an asynchronous arithmetic-logic-unit. In combination with additional experiments, conducted to determine the required resources, it has been shown that the introduced concept is a suitable approach to test asynchronous designs.…
• Aufgrund von Problemen bei der Integration komplexer Systeme in nano-skalierten Technologien zeichnet sich in den letzten Jahren der Trend zum asynchronen Entwurf integrierter Schaltungen ab. Allerdings wird dieser Paradigmenwechsel neben dem Mangel an Entwurfswerkzeugen insbesondere durch Probleme beim Testen gehemmt. Diese Probleme ergeben sich aus der Ereignis-getriebenen Funktionsweise von asynchronen Schaltungen, deren Zeitverhalten durch Leitungs- und Gatterverzögerungen bestimmt wird. Da diese Verzögerungen von Umgebungsparametern wie Temperatur und Versorgungsspannung, aber auch von Prozessvariationen abhängen, führt dies zu Unbestimmtheit im Antwortverhalten eines asynchronen Prüflings. Da jedoch kommerzielle Testsysteme die Ausgaben eines Prüflings zu festgelegten Zeitpunkten erwarten, kann diese Unbestimmtheit dazu führen, dass ein asynchroner Prüfling als fehlerhaft deklariert wird, obwohl dieser richtige Ausgaben - allerdings zu unerwarteten Zeitpunkten - liefert. Hinzukommt, dass kommerzielle Hardwaretester nicht dazuAufgrund von Problemen bei der Integration komplexer Systeme in nano-skalierten Technologien zeichnet sich in den letzten Jahren der Trend zum asynchronen Entwurf integrierter Schaltungen ab. Allerdings wird dieser Paradigmenwechsel neben dem Mangel an Entwurfswerkzeugen insbesondere durch Probleme beim Testen gehemmt. Diese Probleme ergeben sich aus der Ereignis-getriebenen Funktionsweise von asynchronen Schaltungen, deren Zeitverhalten durch Leitungs- und Gatterverzögerungen bestimmt wird. Da diese Verzögerungen von Umgebungsparametern wie Temperatur und Versorgungsspannung, aber auch von Prozessvariationen abhängen, führt dies zu Unbestimmtheit im Antwortverhalten eines asynchronen Prüflings. Da jedoch kommerzielle Testsysteme die Ausgaben eines Prüflings zu festgelegten Zeitpunkten erwarten, kann diese Unbestimmtheit dazu führen, dass ein asynchroner Prüfling als fehlerhaft deklariert wird, obwohl dieser richtige Ausgaben - allerdings zu unerwarteten Zeitpunkten - liefert. Hinzukommt, dass kommerzielle Hardwaretester nicht dazu konzipiert sind, auf vom Prüfling erzeugte Signalereignisse zu reagieren. Diese Fähigkeit ist jedoch Grundvoraussetzung für die Kommunikation mit einem asynchronen Prüfling mittels so genannter Handshake-Verfahren. Als Folge können selbst einfache Funktionaltests, die die reale Umgebung des Prüflings emulieren sollen, mit Standardtestern nicht durchgeführt werden. Diese Arbeit greift diese Problematik auf und liefert ein Konzept, das Funktionaltests für asynchrone Schaltungen ermöglicht. Dieses Konzept beruht auf einem speziellen Testprozessor, welcher generische Schnittstellen zur asynchronen Handshake-basierten Kommunikation mit dem Prüfling bereitstellt. Dadurch werden elastische Tests ermöglicht, die das statische Zeitverhalten konventioneller Tests vermeiden und folglich die reale Betriebsumgebung eines asynchronen Designs emulieren können. Neben der generischen Architektur des Testprozessors umfasst das Konzept auch eine Beschreibung, wie der Prozessor als Testwerkzeug etabliert werden kann. Zum einen muss dazu der Prüfling in die Testprozessorumgebung eingebettet werden. Dazu muss insbesondere eine Verbindung zwischen den Schnittstellen des Prüflings und des Prozessors hergestellt werden. Zum anderen werden für die Realisierung der durchzuführenden Funktionaltests Programme für den Testprozessor benötigt. Zu diesem Zweck wird eine Methodik vorgestellt, die aus einer Standardfunktionalsimulation ein entsprechendes Testprozessorprogramm generiert. Aufbauend auf dem generischen Konzept wird ein Framework beschrieben, das eine Implementierung des Prozessors sowie der Programmgenerierung beinhaltet. Zur Evaluierung des Konzepts wurde dieses Framework für den Funktionaltest eines asynchronen Designs angewendet. Zusammen mit weiteren Experimenten, die die benötigten Ressourcen bestimmen, konnte dadurch erfolgreich gezeigt werden, dass das Konzept ein geeignetes Verfahren für den Funktionaltest asynchroner Schaltungen darstellt.…