DE102009000698A1

DE102009000698A1 - Prüfschaltung zur Prüfung einer Durchführung eines Handshake-Protokolls und Verfahren zur Prüfung einer Durchführung eines Handshake-Protokolls

Info

Publication number: DE102009000698A1
Application number: DE102009000698A
Authority: DE
Inventors: Steffen Zeidler
Original assignee: IHP GmbH
Current assignee: IHP GmbH
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-12
Also published as: EP2394218A1; WO2010089179A1; US20110320895A1; US8443274B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfschaltung für ein Handshake-Protokoll. Die Prüfschaltung detektiert übliche Fehler, die bei der Durchführung des Handshake-Protokolls von zwei Kommunikationseinheiten auftreten. Die Prüfschaltung zeichnet sich durch einen kompakten Schaltungsaufbau aus, deer und einen stark reduzierten Flächenbedarf mit sich bringt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Prüfung der Durchführung des Handshake-Protokolls.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfschaltung zur Prüfung einer korrekten Durchführung eines Handshake-Protokolls. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Prüfung einer korrekten Durchführung eines Handshake-Protokolls.
Handshake-Protokolle werden bei asynchronen Schaltungen verwendet, um einen Datentransfer zwischen zwei asynchron kommunizierenden Kommunikationseinheiten, nachfolgend auch mit KE abgekürzt, zu organisieren. Eine Gruppe von Handshake-Protokollen (sogenannte „single-rail” oder „bundled-data” Protokolle) basiert auf „Request”, nachfolgend mit REQ abgekürzt, und _”Acknowledge”, nachfolgend mit ACK abgekürzt, Signalen. Bei dieser Protokollgruppe ist für den eigentlichen Datentransfer zwischen den Kommunikationseinheiten ein Kommunikationskanal vorgesehen. Zusätzlich sind die Kommunikationseinheiten über zwei Signalleitungen miteinander verbunden, wobei zur Steuerung des Datentransfers auf einer Signalleitung das REQ-Signal und auf der anderen das ACK-Signal gesetzt bzw. gelesen wird. Ein jeweiliges Protokollsignal (REQ oder ACK) hat die Bedeutung eines sogenannten „Flags”, also einer Art boolescher Variable, die entweder LOW (logisch Null) oder HIGH (logisch Eins) sein kann. Bei spielsweise werden das REQ-Signal von einer Daten sendenden ersten Kommunikationseinheit und das ACK-Signal von einer Daten empfangenden zweiten Kommunikationseinheit gesetzt. Auch der umgekehrte Fall ist möglich. Über diese Protokollsignale kann somit der Status eines Datentransfers von einer Kommunikationseinheit definiert bzw. abgefragt werden.
Bei einem Datentransfer gemäß einem Handshake-Protokoll dieser Gruppe, einem sogenannten „push-protocol”, setzt die erste Kommunikationseinheit das REQ-Signal auf HIGH, sobald sich zu übertragende Daten der ersten Kommunikationseinheit im Kommunikationskanal befinden, und zeigt der zweiten Kommunikationseinheit damit an, dass Daten zum Empfang bereitstehen. Nach erfolgreichem Empfang der Daten setzt die zweite Kommunikationseinheit das ACK-Signal auf HIGH. Die erste Kommunikationseinheit wiederum quittiert den Empfang des ACK-Signals durch Deaktivierung des REQ-Signals.

Die Durchführung eines Handshake-Protokolls, im Folgenden auch schlicht als Kommunikation bezeichnet, kann fehlerbehaftet sein. Beispielsweise sind folgende Fehler bekannt:

– „Stuck-at-Fehler”:	Ein Protokollsignal einer Kommunikationseinheit ist permanent LOW oder HIGH.
– „Premature-Transition-Fehler”:	Zwei aufeinanderfolgende Signaländerungen (von LOW auf HIGH bzw. von HIGH auf LOW) liegen zeitlich zu dicht beieinander, d. h., dass die Zeit zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Signaländerungen ein festgelegtes Minimum δ_min unterschreitet.
– „Order-Violation-Fehler”:	Die Reihenfolge der Signaländerungen stimmt nicht mit der durch das Protokollvorgegebenen Reihenfolge überein.

Fehler der oben genannten Art beeinträchtigen selbstredend den Datentransfer zwischen den Kommunikationseinheiten. Deshalb ist es zweckmäßig, die korrekte Durchführung eines Handshake-Protokolls zu prüfen, so dass etwaige Fehler detektiert werden können und entsprechend dem Fehlertyp reagiert werden kann.
Eine Schaltung zur Prüfung einer korrekten Durchführung eines Handshake-Protokolls wurde im Jahr 2005 erstmals in D. Shang et. al., "On-line testing of globally asynchronous circuits", Proceedings of the 11th IEEE International On-Line Testing Symposium (IOLTS’05), pp. 135–140, School of EECE, University of Newcastle upon Tyne, UK, July 2005 vorgestellt. Eine Weiterentwicklung dieser Schaltung wurde in D. Shang et. al., "Low-cost online testing of asynchronous handshakes", in Proceedings of the Eleventh IEEE European Test Symposium (ETS’06), pp. 225–232, School of EECE, University of Newcastle upon Tyne, UK, May 2006 publiziert.
Bei der in den beiden genannten Literaturstellen vorgestellten und in 1 schematisch dargestellten Prüfschaltung überwacht für zwei Protokollsignale (ACK und REQ) mit jeweils zwei möglichen Signaländerungen (von LOW auf HIGH bzw. von HIGH auf LOW) pro Signaländerung (pro „Phase”) jeweils eine Prüfkomponente 11, 12, 13 und 14 die Durchführung des Handshake-Protokolls. Die Prüfkomponenten sind dabei über Kontrollschaltungen 15, 16, 17 und 18 miteinander verbunden. Die gesamte Prüfschaltung umfasst daher vier Prüfkomponenten und vier Kontrollschaltungen. Die Kontrollschaltungen dienen der Ablaufsteuerung und bestimmen abhängig vom Zustand der Durchführung des Handshake-Protokolls, welche Prüfkomponente aktiv ist.
Die Prüfkomponenten der bekannten Schaltung umfassen jeweils ein Verzögerungselement, ein D-Flipflop und einen kleinen Anteil kombinatorischer Logik. Das Verzögerungselement dient der zeitlichen Verzögerung eines zu prüfenden Protokollsignals, dessen Wert durch eine Signaländerung des jeweils anderen Protokollsignals in das D-Flipflop geschrieben wird. Im fehlerfreien Ablauf des Protokolls wird im D-Flipflop immer eine logische Eins gespeichert, welche zur nächsten Kontrollschaltung propagiert und die nächste Prüfkomponente aktiviert. Entspricht das geprüfte Signal nicht dem durch das Protokoll vorgeschriebenen Wert, wird in das D-Flipflop eine logische Null geschrieben, welche die Aktivierung der nächsten Prüfkomponente verhindert.
Der Aufbau einer jeweiligen Prüfkomponente bzw. Kontrollschaltung ist bis auf eine Eingangsbeschaltung weitestgehend gleich. Insbesondere das in einer jeweiligen Prüfkomponente integrierte Verzögerungselement, welches beispielsweise aus langen Inverterketten gebildet sein kann, ist sehr flächenaufwändig. Somit ist die mehrfache Verwendung von Prüfkomponenten und Kontrollschaltungen in einer Prüfschaltung mit einem großen Flächenbedarf der Prüfschaltung verbunden. Es ist zudem allgemein bekannt, dass die Verwendung vieler identischer Komponenten die Fehleranfälligkeit sowie die zum Betrieb erforderliche Leistungsaufnahme der Schaltung erhöht, was grundsätzlich nachteilig ist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Prüfschaltungen ist, dass sie einen „Order-Violation-Fehler” 20, der sich durch einen in 2 dargestellten Verlauf der Protokollsignale ergibt, nicht detektieren können.
Deshalb ist es ein der Erfindung zugrunde liegendes technisches Problem, eine Prüfschaltung zur Prüfung einer Durchführung eines Handshake-Protokolls vorzulegen, welche als integrierte Schaltung mit besonders geringem Flächenbedarf realisiert werden kann. Weiterhin ist es ein der Erfindung zugrunde liegendes technisches Problem, ein vereinfachtes Verfahren zur Prüfung einer Durchführung eines Handshake-Protokolls vorzustellen.
Gemäß eines ersten Aspektes der Erfindung wird das technische Problem dadurch gelöst, dass eine Prüfschaltung zur Prüfung einer korrekten Durchführung eines Handshake-Protokolls ausgebildet ist, ein digitales erstes Eingangswort zu empfangen, wobei eine jeweilige Bitstelle des Eingangswortes durch eine aktuelle logische Belegung eines jeweiligen Protokollsignals gebildet ist und einen durch eine Änderung einer logischen Belegung eines der Protokollsignale erzeugten Übergangs des ersten Eingangswortes in ein zweites Eingangswort zu detektieren.
Weiter ist die Prüfschaltung des ersten Aspektes der Erfindung dazu ausgebildet, auf den Übergang des ersten Eingangswortes in das zweite Eingangswort hin das zweite Eingangswort mit einem digitalen Vergleichswort zu vergleichen und einen Indikator für das Vorhandensein eines Protokollfehlers nach extern auszugeben, wobei eine jeweilige Bitstelle des Vergleichswortes eine nach dem Handshake-Protokoll zu erwartende logische Belegung des jeweiligen Protokollsignals nach dem Übergang darstellt.
Schließlich ist die Prüfschaltung des ersten Aspektes der Erfindung dazu ausgebildet, nach Verstreichen einer festgelegten Verzögerungszeit nach dem Übergang des ersten Eingangswortes in das zweite Eingangswort das Vergleichswort zu ändern, wobei eine jeweilige Bitstelle des geänderten Vergleichswortes eine nach dem Handshake-Protokoll zu erwartende nächste logische Belegung des jeweiligen Protokollsignals nach einem erneuten, noch nicht eingetretenen Übergang des zweiten Eingangswortes in ein drittes Eingangswort darstellt und wobei die festgelegte Verzögerungszeit mit einer Zeitspanne übereinstimmt, deren Dauer dem Handshake-Protokoll gemäß zwischen zwei Signaländerungen der Protokollsignale liegen muss.
Die erfindungsgemäße Prüfschaltung erlaubt eine Prüfung der korrekten Durchführung des Handshake-Protokolls mit nur sehr geringem schaltungstechnischem Aufwand. Im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen sieht diese Prüfschaltung keine Vielzahl identischer Prüfkomponenten zur Überprüfung jeweils eines einzigen Signals vor, sondern kann eine Vielzahl in einem Eingangswort gebündelter Protokollsignale, die von zwei Kommunikationseinheiten zwecks Organisation eines asynchronen Datentransfers gesetzt werden, empfangen und das Eingangswort mit dem vom Handshake-Protokoll vorgegebenen Vergleichswort vergleichen. Insbesondere verzichtet die Prüfschaltung auf den Einsatz einer Vielzahl Verzögerungselemente, womit sie in ihrer Gesamtheit lediglich einen sehr geringen Flächenbedarf und eine geringe Leistungsaufnahme erfordert. Der kompakte Aufbau der erfindungsgemäßen Prüfschaltung hat weiter zum Vorteil, dass ihre Anfälligkeit für schaltungstechnische Fehler sehr gering ist. Außerdem ist die erfindungsgemäße Prüfschaltung ausgebildet, alle „Order-Violation-Fehler” zu detektieren; insgesamt ist also die Prüfbarkeit der Durchführung eines Handshake-Protokolls verbessert.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des ersten Aspekts der Erfindung beschrieben. Die zusätzlichen Merkmale der Ausführungsbeispiele können zur Bildung neuer Ausführungsformen der Erfindung miteinander kombiniert werden, sofern nicht Gegenteiliges beschrieben ist.
Durch den auf den ersten Übergang hin stattfindenden Vergleich des zweiten Eingangswortes mit dem Vergleichswort ist die Prüfschaltung in einem Ausführungsbeispiel in der Lage, „Order-Violation-Fehler” und „Stuck-at-Fehler” zu detektieren. Vorzugsweise in Kombination mit dieser Funktionalität ist die Prüfschaltung in einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, einen Vergleich des dritten Eingangswortes mit dem ungeänderten Vergleichswort durchzuführen, der zwangsläufig negativ ausfallen muss, wenn der erneute Übergang des zweiten Eingangswortes in das dritte Eingangswort vor Ablauf der festgelegten Verzögerungszeit eintritt. Auf diese Weise kann auch der „Premature-Transition-Fehler” detektiert werden.
In einer Ausführungsform umfasst die Prüfschaltung eine Triggereinheit, eine Verzögerungseinheit, einen Speicher, und eine Vergleichseinheit, bei der die Triggereinheit ausgebildet ist, den Übergang des ersten Eingangswortes in das zweite Eingangswort zu detektieren und auf den Übergang hin ein Triggersignal zu erzeugen und der Verzögerungseinheit und der Vergleichseinheit zuzuführen.
Dabei ist die Verzögerungseinheit ausgebildet ist, das Triggersignal um die festgelegte Verzögerungszeit zu verzögern und das verzögerte Signal dem Speicher zuzuführen. Der Speicher ist ausgebildet, das Vergleichswort zu speichern und auf den Empfang des verzögerten Signals hin das Vergleichswort mit dem geänderten Vergleichswort zu überschreiben.
Schließlich ist die Vergleichseinheit ausgebildet, eines der Eingangswörter mit dem Vergleichswort zu vergleichen und auf den Empfang des Triggersignals hin ein Vergleichsergebnis als Indikatorsignal nach extern auszugeben.
Die Verzögerungseinheit kann beispielsweise eine Vielzahl in Serie geschalteter Inverter umfassen. Die Anzahl der Inverter bestimmt dann die festgelegte Verzögerungszeit, um die die Verzögerungseinheit ein Triggersignal verzögert. Der durch den einmaligen Einsatz der Verzögerungseinheit reduzierte Schaltungsaufwand der erfindungsgemäßen Prüfschaltung hat gegenüber bekannten Schaltungen einen wesentlich geringeren Flächenbedarf der Schaltung zur Folge. Beispielsweise beansprucht die erfindungsgemäße Prüfschaltung dieser Ausführungsform bei einer Verzögerungseinheit umfassend etwa 50 Inverter lediglich ein Drittel der Fläche, die bekannte Schaltungen benötigen würden. Die reduzierte Anzahl der Bauelemente hat zudem eine niedrigere Verlustleistung und eine reduzierte Anfälligkeit für Fehler der Schaltung zur Auswirkung.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Prüfschaltung eine Triggereinheit, eine Verzögerungseinheit, einen Speicher und eine Vergleichseinheit. Dabei ist die Triggereinheit ausgebildet, den Übergang des ersten Eingangswortes in das zweite Eingangswort zu detektieren und auf den Übergang hin ein Triggersignal zu erzeugen und der Verzögerungseinheit und der Vergleichseinheit zuzuführen.
Weiter ist die Verzögerungseinheit ausgebildet ist, das Triggersignal um die Hälfte der festgelegten Verzögerungszeit zu verzögern und zu modifizieren sowie das modifizierte Verzögerungssignal dem Speicher und der Vergleichseinheit zuzuführen, wobei das modifizierte Verzögerungssignal eine Signalbreite aufweist, deren Dauer mit der Hälfte der festgelegten Verzögerungszeit übereinstimmt.
Der Speicher ist ausgebildet, das Vergleichswort zu speichern und auf den Empfang des modifizierten Verzögerungssignals hin das Vergleichswort mit dem geänderten Vergleichswort zu überschreiben.
Schließlich ist die Vergleichseinheit ausgebildet, eines der Eingangswörter mit dem Vergleichswort zu vergleichen und auf den Empfang des Triggersignals hin wahlweise ein Vergleichsergebnis oder das modifizierte Verzögerungssignal als Indikatorsignal nach extern auszugeben.
Diese Ausführungsform ist insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn die festgelegte Verzögerungszeit, die gemäß dem Handshake-Protokoll zwischen zwei Signaländerungen der Protokollsignale liegen muss, vergleichsweise lang ist. Diese Ausführungsform ist so konzipiert, dass das Triggersignal lediglich um die Hälfte der festgelegten Verzögerungszeit verzögert werden muss, was den Aufwand des Verzögerungseinheit abhängig von der Verzögerungszeit quasi ebenfalls potentiell bis um den Faktor zwei verringert. Ein „Premature-Transition-Fehler” kann in dieser Ausführungsform auf zweierlei Weise erkannt werden:

1) Tritt ein erneuter Übergang vor Ablauf der halben festgelegten Verzögerungszeit ein, so findet ein Vergleich zwischen einem „alten” Vergleichswort und einem „neuen” Eingangswort statt, der folglich negativ ausfällt und somit die Vergleichseinheit auf den Empfang des von der Triggereinheit generierten Triggersignals hin das negative Vergleichsergebnis (logisch eins) als Indikatorsignal zur Anzeige eines Protokollfehlers nach extern ausgibt.
2) Tritt ein erneuter Übergang nach Ablauf der halben und vor Ablauf der gesamten festgelegten Verzögerungszeit ein, so gibt die Vergleichseinheit auf den Empfang des von der Triggereinheit generierten Triggersignals hin das modifizierte Verzögerungssignal als Indikatorsignal zur Anzeige eines Protokollfehlers nach extern aus. Das Vergleichsergebnis würde in diesem Falle positiv ausfallen, da der Speicher das „alte” Vergleichswort bereits nach Verstreichen der halben festgelegten Verzögerungszeit in ein „neues” ändert.

Die Abbildung des Triggersignals auf ein um die Hälfte der Verzögerungszeit verzögertes Signal mit einer Signalbreite, deren Dauer gerade mit der Hälfte der Verzögerungszeit übereinstimmt, leistet beispielsweise eine Verzögerungseinheit, die ein logisches ODER-Gatter, ein logisches UND-Gatter und ein Verzögerungsglied umfasst.
Dabei ist das Triggersignal einem ersten Eingang des ODER-Gatters zugeführt sowie ein erstes Ausgangssignal des ODER-Gatters einem ersten Eingang des UND-Gatters und dem Verzögerungsglied. Weiter ist das Verzögerungsglied ausgebildet, das erste Ausgangssignal um die Hälfte der festgelegten Verzögerungszeit zu verzögern und als das modifizierte Verzögerungssignal sowohl dem Speicher und der Vergleichseinheit als auch invertiert einem zweiten Eingang des UND-Gatters zuzuführen. Schließlich ist ein zweites Ausgangssignal des UND-Gatters einem zweiten Eingang des ODER-Gatters zugeführt ist.
Zweckmäßigerweise ist die erfindungsgemäße Prüfschaltung ausgebildet, auf eine Detektion eines Protokollfehlers hin in einen inaktiven Zustand überzugehen, wobei die Prüfschaltung im inaktiven Zustand fortwährend das Vorhandensein des Protokollfehlers anzeigt.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Vergleichseinheit ausgebildet ist, der Triggereinheit auf den Empfang des Triggersignals hin ein aus dem Indikatorsignal abgeleitetes Signal zuzuführen, wobei die Triggereinheit ausgebildet ist, auf den Empfang des abgeleiteten Signals hin keine Triggersignale zu erzeugen.
Durch die Rückkopplung des aus dem Indikatorsignal abgeleiteten Signals reagiert die erfindungsgemäße Prüfschaltung im Falle eines detektierten Protokollfehlers nicht mehr auf Signaländerungen, ist also inaktiv. Folglich verbleibt die Prüfschaltung in dem zum Zeitpunkt des detektierten Protokollfehlers befindlichen Zustand. Somit lässt sich der Zustand der Schaltung leicht mit einer synchronen arbeitenden Testausrüstung überprüfen.
Zweckmäßig ist die Prüfschaltung in einer Ausführungsform ausgebildet, ein Rückstellsignal von extern her zu empfangen, auf den Empfang des Rückstellsignals hin von einem inaktiven Zustand in einen Initialzustand überzugehen und im Initialzustand auf eine Änderung der logischen Belegung eines der Protokollsignale hin ein Indikatorsignal auszugeben.
Durch das Rückstellsignal kann die erfindungsgemäße Prüfschaltung durch Fremdzugriff von extern her in einen Initialzustand überführt werden, beispielsweise vor der Inbetriebnahme der Prüfschaltung oder nach einem detektierten Protokollfehler. Somit lässt sich der Zustand der Schaltung leicht mit einer synchronen Testausrüstung überprüfen.
Bevorzugt ist die Triggereinheit in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfschaltung zusätzlich ausgebildet, ein erstes Taktsignal von extern her zu empfangen und bei jeder positiven und/oder negativen Taktflanke des ersten Taktsignals ein Triggersignal zu erzeugen und der Verzögerungseinheit und der Vergleichseinheit zuzuführen.
In einer Ausführungsform ist die Prüfschaltung vorteilhafterweise weiter dazu ausgebildet, das Vergleichswort nach extern auszugeben. Somit kann jederzeit der Zustand des Speichers gelesen werden.
Durch Zuführung des externen ersten Taktsignals und Ablesung des nach extern ausgegebenen Vergleichswortes ist es möglich, die korrekte Funktionsweise der Prüfschaltung und die korrekte Belegung des Speichers sowohl vor als auch während ihres Betriebes zu verifizieren.
In einer anderen Ausführungsform ist die Triggereinheit zusätzlich ausgebildet, bei einer Änderung einer logischen Belegung eines bestimmten der Protokollsignale ein Zählsignal zu erzeugen und nach extern auszugeben.
Das nach extern ausgegebene Zählsignal kann von einer weiteren digitalen Schaltung erfasst werden, um beispielsweise die Anzahl der Signaländerungen des bestimmten Protokollsignals zu zählen. Auf diese Weise kann auch von der weiteren digitalen Verarbeitungseinheit ein „Stuck-at-Fehler” erkannt werden. Dadurch ist die Sicherheit der Prüfung der Durchführung des Handshake Protokolls erhöht.
Die erfindungsgemäße Prüfschaltung eignet sich insbesondere zur Prüfung der Durchführung eines auf „Request” und „Acknowledge” basierenden Handshake-Protokolls. In diesem Fall weist ein jeweiliges Eingangswort zwei Bitstellen auf.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird das technische Problem dadurch gelöst, dass eine integrierte Schaltung eine Vielzahl Prüfschaltungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder einer hierin genannten Ausführungsform umfasst.
Zur einfachen Überprüfung der Status der Vielzahl Prüfschaltungen der integrieren Schaltung des zweiten Aspektes der Erfindung ist es sehr vorteilhaft, dass die integrierte Schaltung eine Ausleseleitung umfasst, die die Speicher der Vielzahl Prüfschaltungen seriell miteinander verbindet und an einem Ausleseausgang der integrierten Schaltung mündet.
Dabei ist eine jeweilige Prüfschaltung der integrierten Schaltung ausgebildet, ein Auslesesignal von extern her zu empfangen und auf den Empfang des Auslesesignals hin die Überprüfung der Durchführung des Handshake-Protokolls zu unterbrechen. Weiter ist sie ausgebildet ein zweites Taktsignal zu empfangen und bei Anliegen des Auslesesignals jeweils auf eine positive und/oder negative Taktflanke des zweiten Taktsignals hin eine Ausgabe jeweils einer letzten Bitstelle eines im Speicher der jeweiligen Prüfschaltung vorhandenen Wortes über die Ausleseleitung zu veranlassen, so dass durch gleichzeitige Erfassung des zweiten Taktsignals und eines Signals am Ausleseausgang der integrierten Schaltung die logischen Zustände der Speicher der Vielzahl Prüfschaltungen sequentiell ermittelt werden können.
Dies hat den Vorteil, dass für eine Statusüberprüfung einer jeweiligen Prüfschaltung die jeweilige Prüfschaltung nicht zwangsläufig ausgebildet sein muss, das Vergleichswort nach extern auszugeben. Die Speicher der Vielzahl Prüfschaltungen sind seriell miteinander verbunden, so dass sie einen „Verbundspeicher” bilden. Mit jedem Takt des zweiten Taktsignals gibt jeweils ein Speicher ein Bit über die Ausleseleitung aus. Dabei nimmt ein Speicher des Verbundspeichers ein Bit des vorhergehenden Nachbarspeichers auf und übergibt ein eigenes Bit an den nachfolgenden Speicher. Der letzte Speicher des Verbundspeichers gibt folglich die Bits am Ausleseausgang aus. Da sowohl das zweite Taktsignal als auch die Signale am Ausleseausgang erfasst werden können, kann der Signalstrom am Ausleseausgang logischen Zuständen der Speicher der Vielzahl Prüfschaltungen zugeordnet werden.
Hinsichtlich ihres Verfahrensaspektes bildet die Erfindung ein Verfahren zur Prüfung einer korrekten Durchführung eines Handshake-Protokolls, umfassend die Schritte Empfangen eines digitalen ersten Eingangswortes, wobei eine jeweilige Bitstelle des Eingangswortes durch eine aktuelle logische Belegung eines jeweiligen Protokollsignals gebildet ist; Detektieren eines durch eine Änderung einer logischen Belegung eines der Protokollsignale erzeugten Übergangs des ersten Eingangswortes in ein zweites Eingangswort; auf den Übergang hin: Vergleichen des zweiten Eingangswortes mit einem digitalen Vergleichswort, wobei eine jeweilige Bitstelle des Vergleichswortes eine nach dem Handshake-Protokoll zu erwartende logische Belegung des jeweiligen Protokollsignals nach dem Übergang darstellt; und nach Verstreichen einer festgelegten Verzöge rungszeit nach dem Übergang: Ändern des Vergleichswortes, wobei die jeweiligen Bitstellen des geänderten Vergleichswortes eine nach dem Handshake-Protokoll zu erwartende nächste logische Belegung des jeweiligen Protokollsignals nach einem erneuten, noch nicht eingetretenen Übergang des zweiten Eingangswortes in ein drittes Eingangswort darstellt und wobei die Verzögerungszeit mit einer vorgegebenen Zeitspanne übereinstimmt, deren Dauer zwischen zwei Signaländerungen der Protokollsignale liegen muss.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine einfache und effiziente Prüfung der Durchführung des Handshake-Protokolls. Es teilt somit im Wesentlichen die Vorteile der Prüfschaltung des ersten Aspektes der Erfindung.
Weitere Vorteile der Erfindung werden bei der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der Figuren erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung
1 einen Schaltungsaufbau einer Prüfschaltung gemäß dem Stand der Technik,
2 einen fehlerhaften Verlauf der Protokollsignale, den eine Schaltung nach 1 nicht als fehlerhaft detektieren kann,
3 einen Schaltungsaufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfschaltung,
4 einen Schaltungsaufbau einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfschaltung mit modifizierter Verzögerungseinheit,
5 eine Schaltung einer modifizierten Verzögerungseinheit,
6 einen Signalverlauf zur Verdeutlichung der Funktion der Verzögerungseinheit nach 5,
7 eine Prinzipverschaltung eines Speichers und einer Abtasteinheit zur sequentiellen Statusüberprüfung einer Vielzahl Prüfschaltungen,
8 den Schaltungsaufbau eines Speicherelementes zur sequentiellen Statusüberprüfung einer Vielzahl Prüfschaltungen,
9 eine Verschaltung zweier Speicherelemente zur sequentiellen Statusüberprüfung einer Vielzahl Prüfschaltungen,
10 eine Verschaltung eines Speichers und einer Abtasteinheit zur sequentiellen Statusüberprüfung einer Vielzahl Prüfschaltungen,
11 eine Anordnung einer Vielzahl Prüfschaltungen zur sequentiellen Statusüberprüfung,
12 eine Schaltungsanordnung zur Prüfung einer Durchführung eines Handshake-Protokolls mit einer erfindungsgemäßen Prüfschaltung, und
13 eine Schaltungsanordnung zur Prüfung von zwei Durchführungen eines Handshake-Protokolls mit einer erfindungsgemäßen Prüfschaltung.
3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfschaltung. Ein jeweiliges zu überprüfendes Protokollsignal 103, 105 von zwei (in 3 nicht gezeigten) Kommunikationseinheiten ist der Prüfschaltung über einen jeweiligen Signaleingang 102, 104 zugeführt. Die Protokollsignale können beispielsweise das REQ-Signal und das ACK-Signal eines Handshake-Protokolls sein. Grundsätzlich kann sowohl die sendende Kommunikationseinheit als auch die empfangende Kommunikationseinheit Initiator eines asynchronen Datentransfers sein. Das bedeutet, dass entweder die sendende Kommunikationseinheit (sogenanntes „push-protocol”) oder die empfangende Kommunikationseinheit (sogenanntes „pull-protocol”) das REQ-Signal setzt und sodann die empfangende bzw. die sendende Kommunikationseinheit durch Änderung des ACK-Signals reagiert. Für die erfindungsgemäße Prüfschaltung ist es gleichgültig, welche der Protokollversionen („push” oder „pull”) die Kommunikationseinheiten durchführen. Die beiden Protokollsignale 103 und 105 bilden ein digitales 2-bit breites Eingangswort. Weiter umfasst die Prüfschaltung eingangsseitig einen Takteingang 106 für ein externes erstes Taktsignal 107 und einen Rückstelleingang 108 für ein Rückstellsignal 109.
Die Prüfschaltung weist die Triggereinheit 110, die Verzögerungseinheit 120, die ein Triggersignal 115 der Triggereinheit 110 um eine Verzögerungszeit δ_min verzögert, ein 2-Bit-Schieberegister 130, das das Vergleichswort speichert, einen Komparator 150 und eine als D-Flipflop realisierte Abtasteinheit 140 auf. Der Komparator 150 und die Abtasteinheit 140 bilden zusammen die Vergleichseinheit. Eine jeweilige Bitstelle des Ver gleichswortes stellt eine nach dem Handshake-Protokoll zu erwartende logische Belegung des jeweiligen Protokollsignals dar. Die Triggereinheit 110 umfasst eine Übergangsdetektionsvorrichtung 112, ein UND-Gatter 114 und ein ODER-Gatter 116.
Ausgangsseitig kann der Zustand des Schieberegisters, also ein 2-bit breites Vergleichswort, an den Ausgängen 190 und 192 abgelesen werden. An einem Indikatorausgang 194 gibt die Prüfschaltung ein Vergleichsergebnis 151 des Komparators 150 als Indikatorsignal 152 aus. Außerdem weist die Prüfschaltung einen Zählausgang 196 auf.
Das Eingangswort 103, 105 ist sowohl dem Komparator 150 als auch der Triggereinheit 110 direkt zugeführt. Geht das Eingangswort durch die Änderung einer logischen Belegung eines Protokollsignals in ein neues Eingangswort über, so erzeugt die Übergangsdetektionsvorrichtung 112 ein Übergangssignal 112.1, das über die Logik-Gatter 114 und 116 der Verzögerungseinheit 120 und einem zweiten Eingang 140.2 des Flipflops 140 als Triggersignal 115 zugeführt ist. Der Komparator vergleicht das neue Eingangswort mit dem Vergleichswort 130.1, 130.2. Das Vergleichsergebnis 151 des Komparators 150 ist einem ersten Eingang 140.1 des Flipflops 140 zugeführt. Das Flipflop 140 gibt das Vergleichsergebnis 151 auf den Empfang des Triggersignals 115 an seinem zweiten Eingang 140.2 hin über seinen zweiten Ausgang 140.3 am Indikatorausgang 194 als Indikatorsignal 152 aus. Sind in einem Chip eine Vielzahl erfindungsgemäßer Prüfschaltungen integriert, kann eine übergeordnete Kontrolleinheit den Status einer jeweiligen Prüfschaltung durch Erfassen des jeweiligen Indikatorsignals abfragen.
Ist das Vergleichswort 130.1, 130.2 mit dem neuen Eingangswort identisch, so entspricht das Vergleichsergebnis 151 des Komparators 150 einer logischen Null und im gegenteiligen Fall einer logischen Eins. Auf diese Weise detektiert die Prüfschaltung 100 „Stuck-at-Fehler” und „Order-Violation-Fehler”.
Das Schieberegister 130 wechselt bei Empfang des verzögerten Triggersignals 117 konsekutiv seinen Zustand. Der neue Zustand des Schieberegisters entspricht einer nach dem Handshake-Protokoll zu erwartenden logischen Belegung des Eingangswortes nach einem erneuten Übergang.
Erfolgt der erneute Übergang des Eingangswortes bereits innerhalb der festgelegten Verzögerungszeit δ_min auf den ersten Übergang, so findet aufgrund der Verzögerung des Triggersignals 115 durch die Verzögerungseinheit 120 ein Vergleich des neuen Ein gangswortes mit dem „alten” Vergleichswort statt, so dass der Vergleich negativ ausfällt. Der Komparator 150 gibt folglich als Vergleichsergebnis eine logische Eins aus, die das Flipflop 140 weiter als Indikator 152 am Indikatorausgang 194 ausgibt. Auf diese Weise wird ein „Premature-Transition-Fehler” erkannt.
Liegt einer der oben genannten Protokollfehler vor, so gibt das Flipflop 140 an seinem zweiten Ausgang 140.4 eine logische Null aus, mit der das UND-Gatter 114 der Triggereinheit 110 beaufschlagt wird. Das hat zur Folge, dass die Prüfschaltung 100 solange inaktiv bleibt, bis sie durch Fremdzugriff über den Rückstelleingang 108 zurückgesetzt wird, da die Triggereinheit durch die Rückkopplung des Vergleichsergebnis im Falle eines Protokollfehlers keine Triggersignale mehr ausgibt.
Der Takteingang 106 für ein externes erstes Taktsignal 107 ist mit dem ODER-Gatter 116 der Triggereinheit 110 verbunden, so dass ein Triggersignal auch dann ausgegeben wird, wenn das erste Taktsignal einen HIGH-Pegel aufweist. Durch Ablesen des Schieberegisterzustandes an den Ausgängen 190, 192 und durch Zuführung des ersten Taktsignals 107 kann die korrekte Funktion der Prüfschaltung 100 verifiziert werden.
Die Übergangsdetektionsvorrichtung 112 ist ebenfalls ausgebildet, bei einer Änderung einer festgelegten Bitstelle des Eingangswortes, also bei der Änderung einer logischen Belegung eines bestimmten Protokollsignals, ein Zählsignal 195 zu erzeugen und dieses am Zählausgang 196 auszugeben. Diese Zählsignale können von einer weiteren, in 3 nicht gezeigten, Verarbeitungseinheit erfasst werden, so dass auch diese Verarbeitungseinheit einen „Stuck-at-Fehler” erkennen kann.
4 zeigt einen Schaltungsaufbau einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfschaltung mit modifizierter Verzögerungseinheit. Ein jeweiliges zu überprüfendes Protokollsignal 203, 205 von zwei (in 4 nicht gezeigten) Kommunikationseinheiten ist der Prüfschaltung über einen jeweiligen Signaleingang 202, 204 zugeführt. Die Protokollsignale können auch hier beispielsweise das REQ-Signal und das ACK-Signal eines Handshake-Protokolls sein. Grundsätzlich kann sowohl die sendende Kommunikationseinheit als auch die empfangende Kommunikationseinheit Initiator eines asynchronen Datentransfers sein. Das bedeutet, dass entweder die sendende Kommunikationseinheit (sogenanntes „push-protocol”) oder die empfangende Kommunikationseinheit (sogenanntes „pull-protocol”) das REQ-Signal setzt und dann die empfangende bzw. die sendende Kommunikationseinheit durch Änderung des ACK-Signals reagiert. Für die erfindungsgemäße Prüfschaltung ist es gleichgültig, welche der Protokollversionen („push” oder „pull”) die Kommunikationseinheiten durchführen. Die beiden Protokollsignale 203 und 205 bilden ein digitales 2-bit breites Eingangswort. Weiter umfasst die Prüfschaltung eingangsseitig einen Rückstelleingang 208 für ein Rückstellsignal 209.
Die Prüfschaltung weist die Triggereinheit 210 und die Verzögerungseinheit 220 auf. Die Verzögerungseinheit 220 verzögert ein Triggersignal 215 der Triggereinheit 210 um die Hälfte der Verzögerungszeit δ_min und gibt dieses als modifiziertes Verzögerungssignal 217 mit einer Signalbreite aus, deren Dauer gerade mit der Hälfte der Verzögerungszeit δ_min übereinstimmt.
Weiter weist die Prüfschaltung 200 ein 2-bit-Schieberegister 230, das das Vergleichswort speichert, einen Komparator 250 und eine als D-Flipflop realisierte Abtasteinheit 240 auf. Der Komparator 250 und die Abtasteinheit 240 bilden zusammen die Vergleichseinheit 240, 250. Eine jeweilige Bitstelle des Vergleichswortes stellt eine nach dem Handshake-Protokoll zu erwartende logische Belegung des jeweiligen Protokollsignals dar. Die Triggereinheit 210 umfasst eine Übergangsdetektionsvorrichtung 212 und ein UND-Gatter 214.
An einem Indikatorausgang 294 gibt die Prüfschaltung wahlweise ein Vergleichsergebnis 251 des Komparators 250 oder das modifizierte Verzögerungssignal 217 als Indikatorsignal 252 aus. Außerdem weist die Prüfschaltung einen Zählausgang 296 auf.
Das Eingangswort 203, 205 ist sowohl dem Komparator 250 als auch der Triggereinheit 210 direkt zugeführt. Geht das Eingangswort durch die Änderung einer logischen Belegung eines Protokollsignals in ein neues Eingangswort über, so erzeugt die Übergangsdetektionsvorrichtung 212 ein Übergangssignal 212.1, das über das Logik-Gatter 214 der Verzögerungseinheit 220 und einem zweiten Eingang des Flipflops 240 als Triggersignal 215 zugeführt ist. Der Komparator vergleicht das neue Eingangswort 203, 205 mit dem Vergleichswort des Speichers 230. Das Vergleichsergebnis 251 des Komparators 250 ist zusammen mit modifizierten Verzögerungssignal 217 über ein ODER-Gatter 260 einem ersten Eingang des Flipflops 240 zugeführt. Das Flipflop 240 gibt also wahlweise das Vergleichsergebnis 251 oder das modifizierte Verzögerungssignal 217 auf den Empfang des Triggersignals 215 hin am Indikatorausgang 194 als Indikatorsignal 152 aus. Sind in einem Chip eine Vielzahl erfindungsgemäßer Prüfschaltungen integriert, kann der Status einer jeweiligen Prüfschaltung durch Erfassen des jeweiligen Indikatorsignals abfragt werden.
Ist das Vergleichswort des Speichers 230 mit dem neuen Eingangswort identisch, so entspricht das Vergleichsergebnis 251 des Komparators 250 einer logischen Null und im gegenteiligen Fall einer logischen Eins. Auf diese Weise detektiert die Prüfschaltung 200 „Stuck-at-Fehler” und „Order-Violation-Fehler”.
Das Schieberegister 230 wechselt bei Empfang des modifizierten Verzögerungssignals 217 konsekutiv seinen Zustand. Der neue Zustand des Schieberegisters entspricht einer nach dem Handshake-Protokoll zu erwartenden logischen Belegung des Eingangswortes nach einem erneuten Übergang.
Erfolgt der erneute Übergang des Eingangswortes bereits innerhalb der festgelegten Verzögerungszeit 6, auf den ersten Übergang, so erzeugt die Übergangsdetektionsvorrichtung erneut ein Triggersignal 215. Da zum Zeitpunkt der erneuten Änderung des modifizierte Verzögerungssignal 217 immer noch einen HIGH-Pegel aufweist, gibt das Flipflop 240 auf dem Empfang des neuen Triggersignals 217 eine logische Eins am Indikatorausgang 294 aus und zeigt damit einen „Premature-Transition-Fehler” an.
Das invertierte Indikatorsignal 242 ist dem UND-Gatter 214 zugeführt. Das hat zur Folge, dass die Prüfschaltung 200 solange inaktiv bleibt, bis sie durch Fremdzugriff über den Rückstelleingang 208 zurückgesetzt wird, da die Triggereinheit durch die Rückkopplung des Indikatorsignals im Falle eines Protokollfehlers keine Triggersignale mehr ausgibt.
Die Übergangsdetektionsvorrichtung 212 ist ebenfalls ausgebildet, bei einer Änderung einer festgelegten Bitstelle des Eingangswortes, also bei der Änderung einer logischen Belegung eines bestimmten Protokollsignals, ein Zählsignal 295 zu erzeugen und dieses am Zählausgang 296 auszugeben. Diese Zählsignale können von einer weiteren, in 4 nicht gezeigten, Verarbeitungseinheit erfasst werden, so dass auch diese Verarbeitungseinheit einen „Stuck-at-Fehler erkennen kann.
5 zeigt eine Schaltung einer modifizierten Verzögerungseinheit 500. Sie umfasst ein logisches ODER-Gatter 510, ein logisches UND-Gatter 520 und ein Verzögerungsglied 530, die zu einer Ringstruktur mit zwei Rückkopplungen zusammengeschaltet sind.
Dazu ist das Triggersignal 502 der (in 5) nicht gezeigten Triggereinheit dem ersten Eingang des ODER-Gatters 510 zugeführt. Das erste Ausgangssignal 504 des ODER-Gatters 510 ist dem ersten Eingang des UND-Gatters 520 und dem Verzögerungsglied 530 zugeführt. Das Verzögerungsglied 530 ist ausgebildet, das erste Ausgangssignal 504 um die Hälfte der festgelegten Verzögerungszeit zu verzögern und als das modifizierte Verzögerungssignal 506 sowohl dem (in 5 nicht gezeigten) Speicher und der (in 5 nicht gezeigten) Vergleichseinheit als auch invertiert einem zweiten Eingang des UND-Gatters 520 zuzuführen. Schließlich ist ein zweites Ausgangssignal 508 des UND-Gatters 520 einem zweiten Eingang des ODER-Gatters 510 zugeführt. Außerdem kann der Verzögerungseinheit 500 über das UND-Gatter 520 ein Reset-Signal 512 zugeführt werden, dass bewirkt, dass das modifizierte Verzögerungssignal 506 einen LOW-Pegel aufweist.
Zur Verdeutlichung der Zusammenhänge zeigt 6 einen beispielhaften Verlauf der Signale: Das Signal 602 stellt ein Triggersignal dar, das die Triggereinheit auf die Detektion eines Signalübergangs hin generiert und der Verzögerungseinheit 500 zuführt. Das Signal 606 stellt das modifizierte Verzögerungssignal der Verzögerungseinheit dar. Das Verzögerungsglied 530 verzögert das Triggersignal 602 um die Hälfte der festgelegten Verzögerungszeit δ_min, also um die Zeit d. Außerdem ist die Signalbreite des um die Zeit d verzögerten Signals derart modifiziert, dass deren Dauer wieder mit der Hälfte der festgelegten Verzögerungszeit δ_min, also mit der Zeit d (δ_min/2), übereinstimmt. Da dieses modifizierte Verzögerungssignal der Abtasteinheit der Prüfschaltung zugeführt ist, gibt letztere auf den Empfang eines Triggersignals hin, welches aufgrund eines erneuten Übergangs des Eingangswortes generiert worden ist, ein Indikatorsignal aus, wenn der erneute Übergang innerhalb der Verzögerungszeit stattgefunden hat.
7 zeigt eine Prinzipverschaltung eines Speichers 740 und einer Abtasteinheit 750 zur sequentiellen Statusüberprüfung einer (in 7 nicht gezeigten) Vielzahl Prüfschaltungen. Die Ausleseleitung 760 verbindet alle Speicher der Vielzahl Prüfschaltungen und mündet an einem globalen Ausleseausgang. Die Vielzahl Speicher bilden quasi einen Verbundspeicher. Ein Speicher kann beispielsweise ein Schieberegister sein und somit selbst eine Vielzahl seriell miteinander verbundener Flipflops umfassen. Wie zu 3 und 4 bereits ausgeführt, umfasst eine Vergleichseinheit beispielsweise eine als D-Flipflop realisierte Abtasteinheit 750 und einen (in 7 nicht gezeigten) Komparator. Da eine solche Abtasteinheit in informationstechnischer Hinsicht ebenfalls einen Speicher darstellt, ist diese durch entsprechende Verlegung der Ausleseleitung 760 in den Verbundspeicher integriert.
Mit jedem Takt des zweiten Taktsignals 780 gibt jeweils ein Speicher ein Bit über die Ausleseleitung 760 aus. Dabei nimmt ein Speicher des Verbundspeichers ein Bit des vorhergehenden Nachbarspeichers auf und übergibt ein eigenes Bit an den nachfolgenden Speicher. Der letzte Speicher des Verbundspeichers gibt folglich die Bits am Ausleseausgang aus. Da sowohl das zweite Taktsignal als auch die Signale aus Ausleseausgang erfasst werden können, kann der Signalstrom am Ausleseausgang logischen Zuständen der Speicher der Vielzahl Prüfschaltungen zugeordnet werden.
8 zeigt den Schaltungsaufbau eines Speicherelementes 300 zur sequentiellen Statusüberprüfung einer (in 8 nicht gezeigten) Vielzahl Prüfschaltungen. Mit Hilfe solcher Speicherelemente lassen sich die Speicherelemente der Vielzahl Prüfschaltungen zu einem langen Verbundspeicher verbinden, der sequentiell ausgelesen werden kann. Ein solches Speicherelement umfasst ein konventionelles Flipflop 350 und einen Multiplexer 310. Der Multiplexer 310 schaltet in Abhängigkeit des Auslesesignals 370 einen seiner beiden Eingänge auf den Eingang 350.1 des Flipflops 350. Einem ersten Eingang des Multiplexers 310 ist die Ausleseleitung 360 zugeführt. Über diese Leitung 360 können dem Flipflop 350 Bits eines vorhergehenden Speicherelementes zugeführt werden, wenn das Auslesesignal einen High- bzw. Low-Pegel aufweist. Weist das Auslesesignal den anderen Pegel auf, also High bzw. Low, so wird dem Flipflop 350 ein Vergleichsergebnis eines (in 8 nicht gezeigten) Komparators der Prüfschaltung zugeführt. Im ersten Fall befindet sich eine jeweilige Prüfschaltung in einem „Auslesemodus”, im zweiten Fall in einem Prüfmodus. Über die Leitung 380 kann dem Flipflop 350 wahlweise ein Triggersignal oder das zweite Taktsignal zugeführt werden. Im Auslesemodus wird dem Flipflop 350 über die Leitung 380 das zweite Taktsignal zugeführt. Mit jedem Takt übernimmt das Flipflop 350 dann ein Bit eines vorhergehenden Flipflops und gibt ein eigenes Bit über die Leitung 390 entweder am (in 8 nicht gezeigten) Ausleseausgang aus oder an ein nachfolgendes Flipflop weiter. Im Prüfmodus erfüllt das Speicherelement 300 die bereits zu 3 und 4 beschriebene Funktion.
9 zeigt eine Verschaltung zweier Speicherelemente 410 und 420 zur sequentiellen Statusüberprüfung einer (in 9 nicht gezeigten) Vielzahl Prüfschaltungen. Bei der Verschaltung ist es gleichgültig, ob die Speicherelemente 410 und 420 einer einzigen Prüfschaltung angehören oder ob das Speicherelement 410 einer ersten der Vielzahl Prüfschaltungen angehört und das Speicherelement 420 einer zweiten Prüfschaltung.
Der Aufbau eines jeweiligen Speicherelements 410/420 entspricht dem aus 8. Beide Speicherelemente können durch ein einem jeweiligen Multiplexer 412/422 zugeführtes Auslesesignal 470 wahlweise in den Prüfmodus oder in den Auslesemodus versetzt werden. Im Auslesemodus wird dem Flipflop 450 über die Leitung 480 das zweite Taktsignal zugeführt. Mit jedem Takt übernimmt das Flipflop 460 dann ein Bit eines vorhergehenden Flipflops 450 und gibt ein eigenes Bit über die Leitung 490 entweder am (in 9 nicht gezeigten) Ausleseausgang aus oder an ein nachfolgendes Flipflop weiter. Auf diese Weise lässt sich der Inhalt aller Speicherelemente aus allen Prüfschaltungen auslesen.
10 zeigt einen Ausschnitt aus dem Schaltungsaufbau einer Prüfschaltung, die sich zur sequentiellen Statusüberprüfung eignet. Der Ausschnitt umfasst den Komparator 1006, dem ein 2-bit breites Eingangswort 1001/1003 sowie das Vergleichswort 1005/1007 des Speichers 1010 zugeführt ist. Der Speicher umfasst ein 2-bit Schieberegister. Weiter zeigt der Ausschnitt ein UND-Gatter 1030, dem das Triggersignal 1021 und das invertierte Indikatorsignal 1011 zugeführt ist. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 1030 ist der Verzögerungseinheit 1020 zugeführt. Im Prüfmodus erfüllt die Schaltung die bereits zu 3 und 4 erläuterte Funktion.
Zur Überführung der Prüfschaltung in den Auslesemodus (Statusüberprüfung) umfasst selbige eine Vielzahl Auswahlschaltungen 1082, 1084, 1086 und 1086, denen jeweils das Auslesesignal 1080 zugeführt ist. Weiter ist der Schaltung ein zweites Taktsignal 1100 zugeführt. Für eine synchrone Schaltung kann ein internes Taktsignal verwendet werden, um den Inhalt des Verbundspeichers Takt für Takt um jeweils ein Bit durch den Verbundspeicher zu schieben. Für eine wie hier dargestellte asynchrone Schaltung, welche in der Regel kein globales Taktsignal besitzt, muss ein solches zweites Taktsignal eigens für den Betrieb eines Verbundspeichers zugeführt werden. Über die Leitung 1200 kann der Speicher 1010 Bits der vorhergehenden Prüfschaltung übernehmen und weiterreichen.
In Abhängigkeit des Auslesesignals 1080 ist entweder das verzögerte Triggersignal 1021 bzw. nicht verzögerte Signal 1022 der Triggereinheit oder das zweite Taktsignal 1100 den Speicherelementen mit Hilfe der Multiplexer 1084 und 1086 zugeführt. Wenn die Bedingung erfüllt ist, dass im normalen Prüfmodus das zweite Taktsignal 1100 LOW ist, und im Auslesemodus die Triggereinheit keinen Impuls aussendet, können diese beiden schaltungstechnisch aufwendigen und teuren Multiplexer durch einfache ODER-Gatter ersetzt werden.
Während der Überprüfung asynchroner Kanäle befinden sich die Prüfschaltungen im Prüfmodus. Nach der Überprüfung werden die Prüfschaltungen durch das Auslesesignal in den Auslesemodus übergeführt und der Inhalt der Speicherelement der Prüfschaltungen durch Zuführung des zweiten Taktsignals über die Ausleseleitung 1200, 1009 sequentiell ausgelesen.
11 zeigt eine schematische Anordnung 1200 einer Vielzahl Prüfschaltungen zur sequentiellen Statusüberprüfung. Alle Speicherelemente der Prüfschaltungen 1220, 1230 und 1240, also sowohl die Speicher 1222, 1232 und 1234 für die Vergleichswörter als auch die als D-Flipflop realisierten Abtasteinheiten 1224, 1234 und 1244 sind über die Ausleseleitung 1255 zu einem Verbundspeicher zusammengeschaltet. Im Auslesemodus wird mit jeder positiven und/oder negativen Flanke des zweiten Taktsignals ein Bit durch die Speicherelemente gereicht. Eine Kontrolleinheit 1210 erfasst das zweite Taktsignal als auch das Signal am Ausleseausgang 1260. Diese Anordnung ist gerade für viele Prüfschaltungen geeignet, da sich der Status jeder Prüfschaltung sehr schnell bestimmen lässt.
12 zeigt eine Schaltungsanordnung 800 zur Prüfung einer einzigen Durchführung eines Handshake-Protokolls durch eine erfindungsgemäße Prüfschaltung. Zwei Kommunikationseinheiten (KE) 802 und 804 (bzw. 804 und 806) setzen und lesen auf zwei Signalleitungen 810 und 812 (bzw. 814 und 816) Protokollsignale, beispielsweise das REQ-Signal und das ACK-Signal. Über den Kommunikationskanal 811 (bzw. 813) tauschen die Kommunikationseinheiten Daten aus. Die jeweiligen Protokollsignale sind einer erfindungsgemäßen Prüfschaltung 820 (bzw. 830) zur Überprüfung zugeführt. Diese Schaltungsanordnung empfiehlt sich im Falle weit voneinander entfernter Kommunikationskanäle 811 und 813.
13 zeigt eine Schaltungsanordnung 900 zur Prüfung von zwei Durchführungen eines Handshake-Protokolls. Jeweils zwei Kommunikationseinheiten (KE) 950 und 960 (bzw. 960 und 970) setzen und lesen auf den Signalleitungen 952 und 962 (bzw. 964 und 972) Protokollsignale, beispielsweise jeweils ein REQ-Signal und ein ACK-Signal. Jeweils zwei der insgesamt vier Protokollsignale sind einer Auswahlschaltungen 920 (bzw. 930) zuge führt. In Abhängigkeit eines Steuersignals 942 einer Steuereinheit 940 leitet eine jeweilige Auswahlschaltung eines ihrer beiden Eingangssignale weiter, so dass der Prüfschaltung 910 ein 2-bit breites Eingangswort 980 zur Prüfung zugeführt ist. Die sequentielle Überprüfung mehrerer Durchführungen eines Handshake-Protokolls durch eine einzige Prüfschaltung empfiehlt sich insbesondere dann, wenn sich die Kommunikationseinheiten 950, 960, 970 nicht weit voneinander entfernt auf einem Chip befinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- D. Shang et. al., ”On-line testing of globally asynchronous circuits”, Proceedings of the 11th IEEE International On-Line Testing Symposium (IOLTS’05), pp. 135–140, School of EECE, University of Newcastle upon Tyne, UK, July 2005 [0006]
- D. Shang et. al., ”Low-cost online testing of asynchronous handshakes”, in Proceedings of the Eleventh IEEE European Test Symposium (ETS’06), pp. 225–232, School of EECE, University of Newcastle upon Tyne, UK, May 2006 [0006]

Claims

Prüfschaltung zur Prüfung einer korrekten Durchführung eines Handshake-Protokolls, die ausgebildet ist – ein digitales erstes Eingangswort zu empfangen, wobei eine jeweilige Bitstelle des Eingangswortes durch eine aktuelle logische Belegung eines jeweiligen Protokollsignals gebildet ist; – einen durch eine Änderung einer logischen Belegung eines der Protokollsignale erzeugten Übergang des ersten Eingangswortes in ein zweites Eingangswort zu detektieren; – auf den Übergang des ersten Eingangswortes in das zweite Eingangswort hin das zweite Eingangswort mit einem digitalen Vergleichswort zu vergleichen und einen Indikator für das Vorhandensein eines Protokollfehlers nach extern auszugeben, wobei eine jeweilige Bitstelle des Vergleichswortes eine nach dem Handshake-Protokoll zu erwartende logische Belegung des jeweiligen Protokollsignals nach dem Übergang darstellt; und – nach Verstreichen einer festgelegten Verzögerungszeit nach dem Übergang des ersten Eingangswortes in das zweite Eingangswort das Vergleichswort zu ändern, wobei eine jeweilige Bitstelle des geänderten Vergleichswortes eine nach dem Handshake-Protokoll zu erwartende nächste logische Belegung des jeweiligen Protokollsignals nach einem erneuten, noch nicht eingetretenen Übergang des zweiten Eingangswortes in ein drittes Eingangswort darstellt und wobei die festgelegte Verzögerungszeit mit einer Zeitspanne übereinstimmt, deren Dauer zwischen zwei Signaländerungen der Protokollsignale gemäß dem Handshake-Protokoll liegen muss.
Prüfschaltung (100) nach Anspruch 1, umfassend eine Triggereinheit (110), eine Verzögerungseinheit (120), einen Speicher (130), und eine Vergleichseinheit (140, 150), bei der – die Triggereinheit (110) ausgebildet ist, den Übergang des ersten Eingangswortes in das zweite Eingangswort zu detektieren und auf den Übergang hin ein Triggersignal (115) zu erzeugen und der Verzögerungseinheit (120) und der Vergleichseinheit (140, 150) zuzuführen; – die Verzögerungseinheit (120) ausgebildet ist, das Triggersignal (115) um die festgelegte Verzögerungszeit zu verzögern und das verzögerte Signal (117) dem Speicher (130) zuzuführen; – der Speicher (130) ausgebildet ist, das Vergleichswort zu speichern und auf den Empfang des verzögerten Signals (117) hin das Vergleichswort mit dem geänderten Vergleichswort zu überschreiben; und – die Vergleichseinheit (140, 150) ausgebildet ist, eines der Eingangswörter mit dem Vergleichswort zu vergleichen und auf den Empfang des Triggersignals (115) hin ein Vergleichsergebnis (151) als Indikatorsignal (152) nach extern auszugeben.
Prüfschaltung (200) nach Anspruch 1, umfassend eine Triggereinheit (210), eine Verzögerungseinheit (220), einen Speicher (230), und eine Vergleichseinheit (240, 250), bei der – die Triggereinheit (210) ausgebildet ist, den Übergang des ersten Eingangswortes in das zweite Eingangswort zu detektieren und auf den Übergang hin ein Triggersignal (215) zu erzeugen und der Verzögerungseinheit (220) und der Vergleichseinheit (240, 250) zuzuführen; – die Verzögerungseinheit (220) ausgebildet ist, das Triggersignal (215) um die Hälfte der festgelegten Verzögerungszeit zu verzögern und zu modifizieren sowie das modifizierte Verzögerungssignal (217) dem Speicher (230) und der Vergleichseinheit (240, 250) zuzuführen, wobei das modifizierte Verzögerungssignal (217) eine Signalbreite aufweist, deren Dauer mit der Hälfte der festgelegten Verzögerungszeit übereinstimmt; – der Speicher (230) ausgebildet ist, das Vergleichswort zu speichern und auf den Empfang des modifizierten Verzögerungssignals (217) hin das Vergleichswort mit dem geänderten Vergleichswort zu überschreiben; und – die Vergleichseinheit (240, 250) ausgebildet ist, eines der Eingangswörter mit dem Vergleichswort zu vergleichen und auf den Empfang des Triggersignals (215) hin wahlweise ein Vergleichsergebnis (251) oder das modifizierte Verzögerungssignal (217) als Indikatorsignal (152) nach extern auszugeben.
Prüfschaltung nach Anspruch 3, bei der die Verzögerungseinheit (220/500) ein logisches ODER-Gatter (510), ein logisches UND-Gatter (520) und ein Verzögerungsglied (530) umfasst, wobei – das Triggersignal (502) einem ersten Eingang des ODER-Gatters (510) zugeführt ist; – ein erstes Ausgangssignal (504) des ODER-Gatters (510) einem ersten Eingang des UND-Gatters (520) und dem Verzögerungsglied (530) zugeführt ist und das Verzögerungsglied ausgebildet ist, das erste Ausgangssignal (504) um die Hälfte der festgelegten Verzögerungszeit zu verzögern und als das modifizierte Verzögerungssignal (217/506) sowohl dem Speicher (230) und der Vergleichseinheit (240, 250) als auch invertiert einem zweiten Eingang des UND-Gatters (520) zuzuführen; und – ein zweites Ausgangssignal (508) des UND-Gatters (520) einem zweiten Eingang des ODER-Gatters (510) zugeführt ist.
Prüfschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ausgebildet ist, auf eine Detektion eines Protokollfehlers hin in einen inaktiven Zustand überzugehen, wobei die Prüfschaltung im inaktiven Zustand fortwährend das Vorhandensein des Protokollfehlers anzeigt.
Prüfschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die Vergleichseinheit (140, 150/240, 250) ausgebildet ist, der Triggereinheit (110/210) auf den Empfang des Triggersignals (115/215) hin ein aus dem Indikatorsignal (152/252) abgeleitetes Signal (142/242) zuzuführen, wobei die Triggereinheit ausgebildet ist, auf den Empfang des abgeleiteten Signals (142/242) hin keine Triggersignale zu erzeugen.
Prüfschaltung nach Anspruch 5 oder 6, die ausgebildet ist, ein Rückstellsignal von extern her zu empfangen, auf den Empfang des Rückstellsignals hin von einem inaktiven Zustand in einen Initialzustand überzugehen und im Initialzustand auf eine Änderung der logischen Belegung eines der Protokollsignale hin ein Indikatorsignal auszugeben.
Prüfschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei der die Triggereinheit (110) ausgebildet ist, ein erstes Taktsignal (107) von extern her zu empfangen und bei jeder positiven und/oder negativen Taktflanke des ersten Taktsignals ein Triggersignal (115) zu erzeugen und der Verzögerungseinheit (120) und der Vergleichseinheit (140, 150) zuzuführen.
Prüfschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die ausgebildet ist, das Vergleichswort nach extern auszugeben.
Prüfschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei der die Triggereinheit (110/210) ausgebildet ist, bei einer Änderung einer logischen Belegung eines bestimmten der Protokollsignale ein Zählsignal (195/295) zu erzeugen und nach extern auszugeben.
Prüfschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein jeweiliges Eingangswort zwei Bitstellen aufweist.
integrierte Schaltung mit einer Vielzahl Prüfschaltungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
integrierte Schaltung mit einer Vielzahl Prüfschaltungen nach einem der Ansprüche 2 bis 11, umfassend eine Ausleseleitung (760), die die Speicher (740) der Vielzahl Prüfschaltungen seriell miteinander verbindet und an einem Ausleseausgang der integrierten Schaltung mündet, wobei eine jeweilige Prüfschaltung der integrierten Schaltung ausgebildet ist, – ein Auslesesignal (770) von extern her zu empfangen und auf den Empfang des Auslesesignals (770) hin die Überprüfung der Durchführung des Handshake-Protokolls zu unterbrechen; und – ein zweites Taktsignal (780) zu empfangen und bei Anliegen des Auslesesignals (770) jeweils auf eine positive und/oder negative Taktflanke des zweiten Taktsignals (780) hin eine Ausgabe jeweils einer letzten Bitstelle eines im Speicher (740) der jeweiligen Prüfschaltung vorhandenen Wortes über die Ausleseleitung (760) zu veranlassen.
Verfahren zur Prüfung einer korrekten Durchführung eines Handshake-Protokolls, umfassend die Schritte: – Empfangen eines digitalen ersten Eingangswortes, wobei eine jeweilige Bitstelle des Eingangswortes durch eine aktuelle logische Belegung eines jeweiligen Protokollsignals gebildet ist; – Detektieren eines durch eine Änderung einer logischen Belegung eines der Protokollsignale erzeugten Übergangs des ersten Eingangswortes in ein zweites Eingangswort; – auf den Übergang hin: Vergleichen des zweiten Eingangswortes mit einem digitalen Vergleichswort, wobei eine jeweilige Bitstelle des Vergleichswortes eine nach dem Handshake-Protokoll zu erwartende logische Belegung des jeweiligen Protokollsignals nach dem Übergang darstellt; und – nach Verstreichen einer festgelegten Verzögerungszeit nach dem Übergang: Ändern des Vergleichswortes, wobei die jeweiligen Bitstellen des geänderten Vergleichswortes eine nach dem Handshake-Protokoll zu erwartende nächste logische Belegung des jeweiligen Protokollsignals nach einem erneuten, noch nicht eingetretenen Übergang des zweiten Eingangswortes in ein drittes Eingangswort darstellt und wobei die Verzögerungszeit mit einer vorgegebenen Zeitspanne übereinstimmt, deren Dauer zwischen zwei Signaländerungen der Protokollsignale liegen muss.