Webquest: testeo de dispositivos electrónicos (JTAG/BS)

Continuando con el tema de post anterior (sobre el CAP), resulta que tengo que hacer una webquest... Un conocido me sugirió que hiciese una unidad didáctica para enseñar a niños de primaria algo sobre accidentes geográficos (mesetas, valles, montañas, cordilleras...).

Sin embargo hoy no me encontraba especialmente creativo y he hecho una webquest sobre un tema que he necesitado aprender recientemente.

Esta webquest está destinada a alumnos de FP de grado superior que vayan a estar involucrados en el desarrollo o la fabricación de dispositivos electrónicos. La pongo aquí por si la magia de los buscadores consigue hacérsela llegar a alquien que le pueda sacar algún partido.


Introducción

Algunos dispositivos electrónicos sencillos como pueden ser un diodo, un transistor o un circuito que integra puertas lógicas pueden testearse de forma relativamente sencilla tras su fabricación masiva, permitiendo descartar las unidades defectuosas antes de que éstas lleguen a la cadena de distribución comercial.

Un test para un dispositivo sencillo consiste a menudo en un conjunto de tuplas que contienen: los valores de voltaje aplicados a las entradas y los voltajes esperados en las salidas.

Este tipo de test es perfectamente válido para dispositivos sin estado interno (su comportamiento en cada instante sólo depende de las señales presentes en las entradas).

Sin embargo la labor de test no resulta tan sencilla a medida aumentamos la complejidad de los dispositivos que estamos fabricando y el estado interno comienza a tener importancia en las señales de salida que el dispositivo debería proporcionar.

Algunos ejemplos de dispositivos complejos que no se pueden testear del modo descrito son:

- Microprocesadores.
- Placas de circuito impreso complejas.
- Aparatos completos listos para la entrega a usuarios finales.

Además de la necesidad de probar los dispositivos fabricados en algún paso de nuestra cadena de producción, el desarrollo de dispositivos complejos impone una necesidad no menos importante en la fase de desarrollo del producto (previa a la fabricación): la depuración de errores en el diseño.

Varios ejemplos de procesos de depuración que llevaremos a cabo durante la fase de desarrollo:

- Consultar ó modificar el estado de una memoria RAM.
- Reprogramar una EPROM.
- Trazar un programa que se está ejecutando en un microcontrolador.

Si tenemos herramientas para hacer todo ésto durante el desarrollo, tendremos un abanico de herramientas potentísimas a la hora de verificar los dispositivos durante la fase de producción. Es por ésto que tanto el test como la depuración se surten de las mismas herramientas.


Boundary Scan

La pregunta clave es quizá: ¿qué se necesita para depurar o testear un dispositivo complejo? Se necesita un método para consultar y modificar su estado interno: el equivalente a poder destapar el capó de un coche y manipular las diferentes piezas que lo hacen funcionar.

El término Boundary Scan (escaneo desde la frontera) hace referencia a un tipo de acceso a los elementos internos del dispositivo que se hace desde el exterior (puedo acceder a lo que me interesa del interior del coche con sólo poner mis manos sobre el capó).


JTAG/BS

El incluir mecanismos para el boundary-scan de dispositivos electrónicos era ya una práctica común en 1990, pero no existía nada como una norma generalmente aceptada sobre cómo se debía realizar la comunicación con los dispositivos.

Precisamente en 1990 el Joint Test Action Group (Grupo de acción para el test en conjunto) publicó un estándar donde define un protocolo de comunicación en serie para el acceso a los distintos elementos de un dispostivo.

Este estandar se denomina comúnmente JTAG (como sus autores). El uso de esta metonimia está tan generalizado que ya nadie habla del estándar IEEE para el Boundary Scan, sino de JTAG.

A veces la metonimia va más allá incluso llamando JTAG a un cable que conecta las señales definidas en el estandar al PC (por ejemplo a través de un puerto de paralelo).

Ante este baile de significados una postura razonable sería denominar al estandar JTAG/BS (haciendo referencia al autor y al documento).

Los elementos internos al dispositivo se disponen formando una lista circular. En el interior del dispositivo existe una parte del circuito de interconexión denominada TAP (Test Access Port), que selecciona a qué bit interno (celda) estamos accediendo en cada momento.

La comunicación se realiza mediante 5 señales lógicas:

TDI (Test data input): nos dice el estado de la celda actual.

TDO (Test data output): nos perminte modificar la celda actual (siempre que no sea de sólo lectura).

TCK (Test clock): se trata de la señal de reloj que permite avanzar el estado de la comunicación. Se debe usar una frecuncia de reloj adecuada tanto para el dispositivo a testear como para el ordenador host que realiza el test.

TMS (Test Mode Selector): permite provocar transiciones en el TAP para acceder a distintas celdas.

TRST (Test reset): permite consultar en todo momento el estado de la señal de reset del dispositivo. La señal de reset es activa por nivel bajo.

La señal TRST es opcional dado que el estado de la señal reset puede consultarse como un elemento interno al dispositivo (y los autores delegan en tal caso la responsabilidad de proporcionar el acceso a la señal de reset a los desarrolladores del dispositivo).

Dado que el estandar sólo define señales lógicas sin entrar en cómo se deben codificar como señales eléctricas, normalmente se requieren dos señales eléctricas adicionales: un potencial de referencia para el 1 lógico y un potencial de referencia para la tierra (un 0 lógico).


Reto: BDM

Averigua qué significan las siglas BDM, qué relación tiene con el estándar JTAG/BS y qué compañía de microprocesadores hay detrás.

A continuación elabora al menos una hipótesis por la que la citada compañía puede haber creado su propio "estandar".

Aprendiendo lo que es un blog

Estoy haciendo el curso para la obtención del CAP (Certificado de Aptitud Pedagógica). Una de las asignaturas trata sobre el uso de las nuevas tecnologías en la enseñanza y la verdad es que del contenido de la asignatura sólo he podido aprovechar una pequeña parte.

Cuando digo que sólo he podido aprovechar una pequeña parte del contenido no me refiero a mis faltas de asistencia (justificadas). Me refiero a que la profesora contaba cosas que ya eran obvias para mí (que las he aprendido de formas muy diversas).

Algunas de los contenidos que se imparten en la asignatura son ¿qué es un blog? o ¿qué es una webquest?

No tengo ninguna queja al respecto de la profesora de la asignatura, dado que entiendo que si bien no consigue formarme mucho, al menos ella está cumpliendo su trabajo: como persona acreditada certificará que yo sé algo sobre las tendencias actuales de las TIC aplicadas a la educación.