EO

Toepassen van de Boundary scan-standaard, oftewel de JTAG interface

27 september 2018 om 13:17 uur

Prototypes, nulseries en productieseries testen zonder firmware en zonder probes of met weinig probes, een utopie? Gelukkig niet, het is namelijk mogelijk vooraf digitale netten en veel analoge signalen te testen via een JTAG keten. Het helpt zelfs bij de ontwikkeling van telescopen zodat we sneller kunnen onderzoeken wat er boven onze planeet gebeurt.

 

Pas als de geassembleerde printplaat geen productie fouten meer heeft, is het programmeren van geheugens en logica-devices noodzakelijk en zinvol. Met een Boundary scan (standaard IEEE1149.1), vaak aangeduid met de JTAG interface, kan de hardware-engineer inzien wat er voor hem of haar en het bedrijf te winnen valt. Analyseer tijdens de schema-fase al wat er via de JTAG interface bereikt kan worden. Daarmee voorkom je frustrerende discussies met firmware- en softwareontwikkelaars.

 

Telescopen

Het instituut Astron heeft de missie gesteld om ontdekkingen in de radioastronomie mogelijk te maken. Ze doen daarom niet alleen astronomisch onderzoek. Ze ontwerpen, bouwen en beheren radiotelescopen die tot de beste van de wereld behoren, en verleggen de grenzen van de technologie om steeds betere en gevoeligere instrumenten te maken. Astron is een non-profit organisatie gefinancierd door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), de Europese Commissie en de Nederlandse overheid. Astron is eigenaar en exploitant van twee telescopen, de Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT) en de Lofar (Low Frequency Array).

 

Instrumentingenieur Gijs Schoonderbeek is één van de 200 medewerkers van dit Nederlandse instituut voor radio astronomie. Tijdens zijn werk gebruikt hij regelmatig producten van JTAG Technologies.

In de laatste ontwikkelingen waaraan Schoonderbeek heeft gewerkt is een belangrijke rol weggelegd voor de zogenaamde UniBoard. Het project Apertif wil met deze krachtige digitale signaalverwerkingskaart de telescoop van nieuwe technologieën voorzien en een veel groter gezichtsveld geven. Sterker nog, Apertif wil het ‘zicht' van de Westerborkse Synthese Radiotelescoop met een factor 25 vergroten. Dat is precies een klus waar de Boundary scan zijn nut kan bewijzen. Schoonderbeek: "We gebruiken JTAG tools al een hele tijd. In het begin was het wat intensiever dan nu, maar het is nog steeds een essentieel onderdeel van ons productieproces."

v

Het Uniboard: Generiek en toepasbaar voor verschillende functies in de sterrenkunde.

 

Square Kilometre Array

Aan het begin van elk ontwikkelproces pas je een boundary scan toe voor een nieuw ontwerp. Ook bij de productie van grote series, aldus Schoonderbeek. "Een goed voorbeeld is onze UniBoard met meerdere FPGA's die zijn gemaakt met een 20 nm technologie. De totale datasnelheid die de kaart kan verwerken is enorm. Het overschrijdt de 3 Tbps als je alle verbindingen volledig gebruikt. Ter vergelijking: de gemiddelde datasnelheid van het internetknooppunt, de Amsterdam Internet Exchange, is 3,6 Tbps. Die kun je bijna door één UniBoard laten uitvoeren. Ook de rekensnelheid is groot: 5 TMAC/s (vijf biljoen ‘multiply-accumulate operations per second') die overeen komt met bijna 40 pc's."

 

Het bord is generiek toepasbaar voor verschillende functies in de sterrenkunde, zoals voor bundelvorming, filtering en om correlaties te bepalen - precies wat ASTRON nodig heeft voor de ontwikkeling van Square Kilometre Array (SKA), de grootste en gevoeligste radiotelescoop die ooit gebouwd is. Als hardware ontwerper bouwt Schoonderbeek het bord. Maar voordat hij het aan de firmware- en softwareontwikkelaars levert, wil hij er zeker van zijn dat hij het goed heeft gedaan. "Dat is waar JTAG Technologies in beeld komt. We willen geen debatten voeren over wie verantwoordelijk is voor een onvolkomenheid. Boundary scan biedt absolute zekerheid in een test: als er iets mis is, kunnen we het onmiddellijk lokaliseren en repareren, zodat de firmwareontwikkelaars hun deel van de opdracht kunnen voortzetten. Het is dus veel efficiënter dan testen in firmware."

 

Apertif

Terug naar de Westerborkse Synthese Radiotelescoop, want daar doet Schoonderbeek het allemaal voor. Zoals gezegd, geeft Apertif de telescoop een 25 keer groter gezichtsveld. Deze opmerkelijke prestatiewinst is mogelijk door een receiver array te plaatsen in de focus van elke parabolische schotel van de telescoop. Dit in tegenstelling tot een enkele ontvanger zoals in het huidige systeem. De verbetering als gevolg van deze aanpassing aan de telescoop zorgen ervoor dat astronomen grotere delen van de hemel sneller kunnen onderzoeken dan nu het geval is. Een project dat met de traditionele Westerborkse telescoop een eeuw zou duren, kan met Apertif in een paar jaar tijd.

 

Schoonderbeek is er trots op deel uit te maken van dit belangrijke project, waarbij JTAG Technologies hem helpt bij het leveren van de best mogelijke instrumentontwerpen. "En doordat we de discussies tussen hardware- en softwarebouwers kunnen overslaan, helpt het testen met boundary scan ons bovendien om onze ontwikkelingen te versnellen."

 

Seminar World of Electronics

Tijdens het seminar ‘Betrouwbaar elektronica ontwerpen en produceren' op donderdag 4 oktober is er een presentatie over de waarde van de JTAG-interface voor complexe digitale en mixed designs. Rik Doorneweert van JTAG Technologies geeft voor hardware-engineers een uitleg over de werking van de Boundary scan en de type clusters die zonder firmware en zonder testpads testbaar blijken. Dit geeft inzicht waarom een partij als Astron dit Design For JTAG Testproces positief ervaart en voor welke andere elektronicaprojecten dit zinvol is.