Outil de vérification in-situ pour le prototypage de systèmes électroniques

Les travaux de ce mémoire s'inscrivent dans le cadre d'un projet de recherche appelé DreamWafer™. Le résultat visé est un produit à commercialiser sous le nom WaferBoard™, qui est une plateforme de prototypage rapide de systèmes électroniques visant à réduire leur temps de conception. Au cœur de cette plateforme se retrouve une surface dense de contacts reliés par un réseau d'interconnexions configurables. Pour créer un prototype, le concepteur n'a qu'à y déposer les puces de son système électronique et ces dernières seront dynamiquement interconnectées. D'abord, les tests et la validation d'un module du WaferBoard™ sont présentés. Il s'agit d'un assemblage de deux prototypes, appelé MiniWaferIC™, constitué de la surface de contacts et de son circuit d'alimentation et de configuration. Les travaux effectués ont permis d'identifier les caractéristiques électriques, des erreurs de conception ainsi que des problèmes d'assemblage et de fabrication. Un banc de test spécifique au MiniWaferIC™ a été mis en place, il a notamment permis de valider une fonctionnalité essentielle: la construction dynamique de chemins de configuration dans le prototype. Cette fonctionnalité permet de configurer des interconnexions entre les contacts disponibles à la surface du MiniWaferIC™. Ensuite, pour que le prototype d'un concepteur puisse être validé sur le WaferBoard™, il est nécessaire d'avoir accès à un outil pour procéder à la vérification de systèmes électroniques. Une revue de littérature est proposée sur le sujet des méthodes de vérification pour les systèmes électroniques. Elle se concentre sur la vérification des circuits numériques et présente les limites et avantages de l'utilisation de solutions de prototypage. Enfin, il sera démontré qu'un outil de vérification, in-situ et reconfigurable, peut être directement placé sur le WaferBoard™. Étant ainsi le plus près possible des circuits intégrés ciblés, il est capable de fonctionner à plus haute fréquence et d'effectuer de meilleures mesures de délais. De plus, il est possible d'utiliser et de coupler plusieurs outils de vérification dans un large système pour augmenter la bande passante et l'observabilité. La preuve de concept présentée est une mise en œuvre sur circuit configurable (FPGA) qui est capable de contrôler ou d'observer jusqu'à 64 signaux à une fréquence de 156.25 MHz. Son architecture permet l'accès en parallèle aux signaux, diminuant ainsi le temps de vérification par un facteur de 32 par rapport à un accès sériel.

Abstract

The research work performed as part of this master thesis targets the development of a product, the WaferBoard™, a rapid prototyping platform for electronic systems which allows reducing development time. This platform is based on a wafer scale integrated circuit that implements a configurable interconnect network and that is covered with a dense array of active contacts. To create a prototype, designers just have to put the chips that compose the target system in the prototyping platform that will detect pins locations of user integrated circuits and interconnect them dynamically to implement a user specified netlist. The first part of this thesis presents tests and verification of a key module of the WaferBoard™. This module is a combination of two modules called the PowerBlock™ and the MiniWaferIC™. It implements an array of active contacts, a configurable interconnect network, programmable power supply devices and related configuration circuits. The experimental work reported in this thesis confirms the functionality of all tested features of the MiniWaferIC™. A custom test bench has been set up to validate the module. Dynamic construction of JTAG configuration paths in the prototype is the main functionality that was validated. Once established, this scan chain is needed to configure interconnections between active contacts of the MiniWaferIC™. Once a user specified prototype system is implemented with the WaferBoard™, a validation method supported by suitable tool is needed. Before proposing such a method, a review of electronic system verification and validation methods is presented. The review focuses on digital circuit verification and validation methods and techniques. This review allows identifying limits of existing validation methods. A validation method that could take advantage of the WaferBoard™ is then proposed. This validation method and its supporting tools are advantageous as they are based on in-situ configurable logic. In-situ debug and validation circuits, being close to the integrated circuits of the user specified system, can run at higher frequencies and perform better delay measurements. In addition, it is possible to use and to couple multiple verification tools in a large system to increase bandwidth and observability. In a proof of concept that is presented, it is possible to control and observe up to 64 signals at 156.25 MHz. Its architecture featuring a parallel access to the signals decreases the verification time by a factor of 32 compared to a serial access.