Modernizar su laboratorio con una arquitectura de framework de validación

La primera nota técnica de esta serie, "Cómo un enfoque de laboratorio moderno optimiza la validación post-silicio", exploró cómo las pruebas de funcionalidad del dispositivo se vuelven cada vez más importantes a medida que los diseños de circuitos integrados (IC) se vuelven más complejos y requieren un menor costo y un menor tiempo de comercialización. Los fabricantes de circuitos integrados deben cambiar a un framework de validación altamente automatizado e integrado para impulsar toda la actividad de validación, garantizando la máxima reutilización con una puesta en marcha más rápida y metodologías de pruebas/medidas eficientes para lanzamientos más rápidos a la fabricación (RTMs).

Aquí, discutimos sobre las personas, los procesos y la tecnología que Soliton y NI recomiendan para implementar con éxito dicho framework. Una característica importante del framework de validación es un flujo de trabajo uniforme para la validación de dispositivos. El equipo de validación se enfoca en desarrollar la medida necesaria para la validación del dispositivo y recopila datos en diversas condiciones. Es fundamental utilizar de manera eficiente el tiempo de desarrollo de medidas del equipo de validación. Los diferentes componentes del framework deberían facilitar el desarrollo de IP de medidas reutilizable para compartir entre los equipos de trabajo. Un framework altamente eficiente debe incluir los siguientes componentes:

Figura 1. Las personas, los procesos y las tecnologías se combinan para formar un framework de validación integral

Personas

• Colaboración entre múltiples disciplinas del ciclo de vida del desarrollo del silicio (diseño, verificación, validación y pruebas) con respecto a las especificaciones y las metodologías de medida.
• Acceso a paneles de datos para rastrear el progreso de la validación del dispositivo
• Un proceso de incorporación simple con capacitación y soporte para que el nuevo ingeniero de validación sea productivo rápidamente

Proceso

• Configuración y administración del banco (automatización de la instalación, réplica del banco y utilización de instrumentos)
• Tanto la depuración interactiva (durante la iniciación del diseñador) como la recopilación de datos automatizada para los ingenieros de validación
• Desarrollo de IP de medidas con capacidades de reutilización e intercambio

Tecnología

• Un lago de datos central para almacenar datos de medidas y correlacionarlos con datos de otras verticales
• Múltiples opciones preferidas por el usuario (Python, NI LabVIEW, .NET)
• Abstracción de hardware para soporte de diferentes tipos y modelos de instrumentos

Figura 2. Una perspectiva detallada de los elementos eficientes del framework de validación

La herramienta de administración de la configuración almacena todos los componentes del framework y los paquetes de módulos reutilizables en un repositorio central. La herramienta, que administra el repositorio en el lado del servidor, también administra los detalles de software y hardware implementados en cada estación de laboratorio. Dicha infraestructura reduce sustancialmente el tiempo que lleva configurar un banco y mantener el software actualizado.

Implementación y actualización del software

Puede utilizar un servidor central para implementar los principales componentes del framework, como la comunicación de dispositivos reutilizables, IP de medidas reutilizable y controladores de instrumentos en las estaciones, y puede hacerlo de forma remota. Cuando usted mejora la IP de medidas o corrige algún error en un controlador, puede actualizarlo en todas las estaciones con solo un clic desde el repositorio central. También puede replicar la configuración del banco automáticamente, incluyendo la configuración específica de las pruebas del dispositivo, evitando el esfuerzo de copiar manualmente todo el código fuente y editar las configuraciones, además de eliminar los errores introducidos.

Si bien puede crear de manera interna soluciones personalizadas de implementación de software y de administración de la configuración de la estación, las herramientas disponibles comercialmente pueden ayudarlo a reducir la carga de desarrollo y mantenimiento. Por ejemplo, el NI SystemLink™ Software Configuration Module proporciona una solución lista para usar para administrar sistemas de medidas de manera centralizada para que usted pueda automatizar de manera remota y eficiente parches y actualizaciones de base de código. Además, el NI SystemLink Asset Module mejora la utilización del equipo y el cumplimiento de la calidad al registrar, rastrear, controlar y reportar sobre los activos de pruebas, desde la adquisición hasta la eliminación, en tiempo real.

Tan pronto como el primer silicio llega al laboratorio, el primer paso del ingeniero de validación es preparar el dispositivo y confirmar que todas las funciones básicas están funcionando. Después de todo, no es solamente el ingeniero de validación, sino también los ingenieros de diferentes equipos, como diseño, sistemas de verificación y aplicaciones, los que ingresan al laboratorio para trabajar con el dispositivo. Estos ingenieros pueden no tener experiencia en software o automatización, por lo que el framework deberá tener herramientas fáciles de usar para activación, depuración de casos de uso del cliente y correlación. Debido a que los ingenieros dedican más del 50% de su tiempo a estas actividades en el laboratorio, es fundamental que el laboratorio cuente con herramientas interactivas y fáciles de usar para una depuración eficiente.

Ejecutar medidas de forma interactiva con una interfaz de usuario

Los ingenieros ejecutan y depuran medidas a través de su ADE o IDE preferido. Esto plantea un desafío cuando los usuarios no están familiarizados con la tecnología de desarrollo y necesitan realizar medidas. La disponibilidad de una interfaz de usuario para que las medidas se ejecuten de forma interactiva permite a los ingenieros sin experiencia en desarrollo aprovechar la misma IP de medida utilizada en el laboratorio. Es más eficiente cuando el desarrollador de medidas no necesita esforzarse mucho para agregar IU a su medida y hacer que se puedan compartir fácilmente.

Los ingenieros pueden escribir medidas usando la interfaz de usuario en NI InstrumentStudio™ Professional, que se puede ejecutar de forma interactiva desde este software junto con los paneles frontales del instrumento y usarNI TestStand para la automatización de pruebas. Las medidas desarrolladas en lenguajes basados en texto como Python pueden beneficiarse de interfaces de usuario interactivas creadas gráficamente sin programación adicional.

Ahora, un ingeniero de aplicaciones puede utilizar de manera efectiva las medidas desarrolladas por un ingeniero de validación para brindar soporte a los clientes sin la carga de aprender tecnologías, haciendo que el proceso sea más eficiente y fácil de usar.

Control de dispositivos (registrar peek y poke)

Los diseños de IC se están volviendo más complejos y cada IC tiene enormes bancos de registro para configurar y controlar diferentes funcionalidades. Los DUTs tienen E/S digitales para controlar diferentes operaciones.

El ingeniero desarrolla las APIs de comunicación de protocolo utilizando un controlador o un generador de patrones digitales durante varias semanas. El módulo de comunicación también debería poder controlar líneas digitales desde el instrumento para configurar los modos del dispositivo.

La utilidad de configuración y registro de semiconductores basada en la IU ayuda a establecer la comunicación del dispositivo con una configuración simple para protocolos como I2C, SPI, SPMI, I3C, etc. La herramienta ayuda a comprender el comportamiento del dispositivo y a verificar el procedimiento de la medida de forma interactiva antes de que la medida sea automatizada.

Las otras características se enumeran a continuación:

• Importar el mapa de registro completo (información a nivel de campo y registro) del dispositivo en la GUI intuitiva.
• Utilizar las operaciones de registro de escritura/lectura de la GUI para comunicarse con el dispositivo y configurar los registros del dispositivo para depurar un caso de uso del cliente o el funcionamiento básico del dispositivo.
• Registrar las secuencias de operación de lectura/escritura como una macro para usarla en la automatización más adelante.
• Guardar la imagen instantánea del mapa de registro del dispositivo para una medida en particular y recuperar la configuración más adelante en la automatización

Si está buscando implementar un control de dispositivos estandarizado, considere una solución lista para usar, como el complemento de control de dispositivos de semiconductores de NI, que proporciona capacidades de control de dispositivos interactivos e intuitivos que se adaptan rápidamente a la validación automatizada.

Panel de control de instrumentos

Puede controlar los instrumentos del banco a través de una interfaz de usuario sencilla y agregar nuevos paneles de control de instrumentos según sea necesario a través de la arquitectura complementaria. El framework comercial proporciona instrumentos de uso frecuente, como fuentes de alimentación, SMUs y osciloscopios, por lo que usted no necesita desarrollar el software. Estas herramientas le ayudan a encender manualmente las tarjetas de hardware y DUT y depurar problemas de hardware y DUT.

Configuración del instrumento

Puede configurar el instrumento desde estas GUIs interactivas durante la depuración. Almacenar los ajustes del instrumento como la configuración y luego cargarlos en el instrumento durante la automatización de la medida.

Por ejemplo, con InstrumentStudio, usted obtiene un entorno integrado de configuración de instrumentos en el que puede realizar medidas rápidas e interactivas y exportar datos de configuración que simplifican el camino hacia la automatización.

Asignar pines del DUT a canales de instrumentos

Por lo general, los ingenieros definen los parámetros del procedimiento de prueba desde el punto de vista del DUT. La conexión del pin del DUT a la tarjeta de hardware de validación está embebida en el código de la medida. La utilidad de asignación de pines define la asignación entre los pines del DUT y la PCB del hardware de validación, lo que facilita mantener la información de asignación fuera del código de medida. Cuando los instrumentos y el DUT cambian, únicamente se cambia la asignación, no el código. El mapa de pines abstrae los detalles específicos del instrumento y del DUT desde la IP de medidas y promueve la reutilización de la IP de medidas en varios productos y equipos sin la necesidad de una edición manual durante la reutilización.

IP de medidas/biblioteca

La tarea principal de un ingeniero de validación es desarrollar las medidas necesarias para el dispositivo. Al desarrollar una medida típica, a menudo se fuerzan los parámetros de entrada dentro del código de medida. Cuando otro ingeniero o equipo valida un dispositivo similar, debe copiar el código y personalizar el código de medida para que se ajuste al nuevo dispositivo. Esto implica muchos cambios de código y requiere una prueba de código completa, lo que agrega tiempo, esfuerzo y costo.

Idealmente, el framework abstraería el desarrollo de IP de medidas con parámetros de entrada y parámetros de barrido para su reutilización, ya sea en otro dispositivo de la misma familia o en un dispositivo diferente con la misma IP de silicio. Luego, otros ingenieros pueden usar las IPs de medidas reutilizables en la automatización para ejecutar múltiples medidas en el mismo dispositivo y realizar un barrido sobre diferentes condiciones de prueba, como la temperatura y el suministro de entrada. La IP de medidas reutilizable reduce el tiempo de desarrollo/depuración de medidas para un dispositivo o familia similar, ahorrando tiempo y costos y acortando el tiempo de comercialización.

Condiciones de barrido y ciclo

Una validación integral del dispositivo requiere realizar medidas en muchas condiciones para garantizar que el dispositivo funcione dentro de las especificaciones. Por lo tanto, el ingeniero de validación debe ejecutar medidas en muchas condiciones de proceso, voltaje y temperatura (PVT), lo que requiere un framework de automatización robusto y flexible. El ingeniero de validación debe poder configurar, cambiar las condiciones de barrido sobre la marcha y ejecutar la automatización de manera eficiente sin ningún cambio en el código IP de medidas. Dentro del framework, puede configurar los parámetros sobre los cuales se deben barrer las medidas:

• Configurar fácilmente el rango de valores para cada parámetro de barrido tanto de forma individual como completa en un barrido
• Generar rápidamente valores de barrido en base a una distribución y visualizar las condiciones
• Registrar automáticamente las condiciones de barrido junto con los datos de medida

Cuando los parámetros de barrido se extraen del módulo de medidas, usted puede desarrollar IP de medidas reutilizable y promover la colaboración entre los equipos de trabajo.

Secuenciador de prueba

El secuenciador de pruebas es la parte principal de la automatización y la recopilación de datos. El objetivo del ingeniero de validación es unir la medida (desde la biblioteca de IP de medidas) desarrollada para el DUT y ejecutar las medidas en condiciones de prueba PVT. El ingeniero de validación debería poder hacer esto rápidamente sin mucho desarrollo de software. El secuenciador de pruebas del framework es una herramienta fácil de usar con pocas limitaciones de capacitación. Utilice el entorno de secuencias de pruebas para:

• Secuenciar pruebas utilizando acciones de clic-y-arrastre y configurar rápidamente la entrada.
• Crear configuraciones de instrumentos y dispositivos en el entorno de depuración interactivo.
• Configurar y guardar todas las condiciones PVT en el administrador de condiciones de barrido integrado.
• Ejecutar pruebas rápidamente y acceder a los datos en el módulo de registro de datos integrado .csv predeterminado.
• Acelerar la recopilación de datos en varios DUTs en paralelo con las pruebas en múltiples sitios.
• Personalizar el desarrollo con funciones avanzadas del lenguaje de programación, como ciclos y declaraciones.

Con el software de administración de pruebas y medidas TestStand, puede desarrollar, depurar e implementar secuencias de medidas en una solución estándar y lista para usar, desarrollar secuencias de hilos múltiples, trabajar con cualquier lenguaje de programación, generar reportes y registrar en una base de datos. Las organizaciones de validación líderes en la industria no pierden tiempo valioso ni recursos de ingeniería desarrollando y manteniendo las soluciones de software que no agregan valor a los diseños de sus productos. En cambio, trabajar con un experto en software como NI permite a los equipos dedicar más tiempo a la IP de medidas, analizar el rendimiento del dispositivo y proporcionar comentarios sobre el diseño con un secuenciador de pruebas listo para usar.

Abstracción de hardware y abstracción de medidas

A menudo, los laboratorios de validación utilizan diferentes modelos de instrumentos en diferentes sitios o bancos. En estos casos, el código de medida desarrollado en un banco no se puede reutilizar en otro. Cada banco tiene su propio código de medida; por lo tanto, las medidas de prueba están fragmentadas y no son reutilizables. Una capa de abstracción de hardware (HAL) resuelve este problema abstrayendo la información del instrumento del código de medida.

Por ejemplo, Bench A podría usar un SMU de NI para encender el DUT. Pero Bench B usa una fuente de alimentación de laboratorio. Sin HAL, cada banco requiere un código de medida personalizado para encender el DUT y la secuencia de encendido no es reutilizable. Sin embargo, con HAL, el autor de la medida simplemente llama a las APIs principales de nivel superior en su implementación. La elección del hardware se basa en una configuración interactiva en la pantalla de asignación de pines del instrumento.

Figura 3. Capas de abstracción de secuencia de pruebas

Reutilizar la IP de medidas

Desarrollar módulos de medida sobre HAL y comunicación digital modulariza la dependencia específica. Estas abstracciones promueven el desarrollo de IP de medidas modular y reutilizable, lo que reduce el esfuerzo de desarrollo y pruebas.

​Registrador de datos estandarizado

Debido a que las pruebas de validación se ejecutan durante varias horas o incluso días, debe capturar y guardar datos de medida rápidamente para evitar la pérdida de datos debido a problemas inesperados del sistema o del software. El registrador de datos estandarizado del framework registra los datos constantemente después de cada ciclo en un archivo .csv local para evitar la pérdida de datos. Este almacenamiento local significa que puede verificar los datos de inmediato para una depuración más rápida.

Además, este módulo de registro de datos etiqueta las condiciones de barrido (PVT) establecidas en el momento de la medida. Entonces, cuando el gerente o el diseñador revisan los datos, todas las condiciones asociadas están disponibles junto con los datos de medida.

Figura 4. Registrar datos de medida constantemente con un registrador de datos estandarizado

Las ventajas del registrador de datos estandarizado incluyen:

• Implementación común en los flujos de trabajo de automatización de pruebas y puesta en marcha interactiva
• El desarrollador de medidas se enfoca únicamente en el desarrollo de IP de medidas, mientras que el framework se encarga de registrar los datos de medidas.
• El desarrollador simplemente pasa los datos de medidas del módulo utilizando las APIs de registro de datos del framework, y el framework etiqueta todas las condiciones automáticamente junto con los datos de medidas.
• Puede cargar los datos estándares en la herramienta de análisis que elija para revisarlos
• Con una arquitectura complementaria y flexible, puede agregar formatos de almacenamiento sin afectar los módulos de medida principales

Almacenamiento centralizado y análisis

Uno de los mayores desafíos del análisis de datos son las convenciones de nomenclatura: Debido a que los ingenieros de validación desarrollan capacidades de registro y código de medida utilizando su elección de nombres, cada nombre requiere un método de análisis y revisión de datos único para cada dispositivo. Con un formato de registro de datos estructurado y estandarizado, puede visualizar los datos rápidamente, lo que hace que la depuración requiera menos tiempo.

El framework de registro de datos soporta valores separados por comas (CSV), Excel, escritura TDM y formato estándar de datos de pruebas. El registro de datos CSV puede ser ancho o alto:

• En el formato ancho, cada columna representa un parámetro y cada fila un valor de medida.
• En el formato alto, todas las medidas se registran en tres columnas: nombre de la prueba, nombre del parámetro y valor del parámetro.

Un formato estandarizado con etiquetas de metadatos de medida aumenta la eficiencia del registro de datos y ayuda a crear gráficas rápidamente para su visualización. Es fundamental tener fácil acceso al almacenamiento centralizado de los datos de validación, información de las especificaciones y datos de la verificación durante todo el ciclo de vida de la validación. La base de datos central es clave para desarrollar herramientas como:

• Generación automatizada de reportes de cumplimiento de especificaciones (comparar parámetros medidos del dispositivo con parámetros clave de diseño)
• Correlación de datos para comparar la verificación del diseño con los datos de validación de silicio

Si está interesado en evaluar el impacto que una arquitectura de framework de validación podría tener en su laboratorio, NI y Soliton ofrecen décadas de experiencia trabajando juntos para ayudar a los clientes de semiconductores a mejorar la eficiencia y acelerar el tiempo de comercialización. Con más de 100 ingenieros de LabVIEW y TestStand y más de 20 premios técnicos de NI, Soliton brinda servicios de ingeniería altamente diferenciados que complementan los productos y soluciones de NI. Como partner especializado en semiconductores de NI para el software Modern Lab, STS y SystemLink™, Soliton se especializa en desarrollar soluciones de plataforma especialmente diseñadas para la validación post-silicio que pueden mejorar sustancialmente la productividad de la ingeniería a través de potentes herramientas y estandarización.

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