Capacità di Verifica con Auto-Test per un Microcontrollore Integrato tramite UVM e Firmware = Self-Checking Verification Capability for an Integrated Microcontroller by UVM and Firmware

I sensori basati sulla tecnologia System-in-Package (SiP) sono ampiamente diffusi nel mercato dei Sistemi Embedded ed è previsto che le loro applicazioni crescano ulteriormente con la pervasività della tecnologia nella società. Nel corso degli anni la complessità della progettazione dei Sensori MEMS è aumentata a seguito di una serie di fattori, quali lo scaling tecnologico, i requisiti di prestazione, la gestione di sistemi sempre più a basso consumo e l’integrazione di funzionalità diversificate. Le soluzioni integrate facenti uso dei Sensori MEMS comprendono lo sviluppo e l’interfacciamento fra parti analogiche e parti digitali, per le quali viene richiesto di assolvere le computazioni desiderate su una varietà di differenti sorgenti di informazione. Il Front-End analogico è responsabile di rilevazione, trasduzione e filtraggio delle grandezze fisiche in ingresso provenienti dai Sensori MEMS. I segnali acquisiti sono convertiti in codici digitali e opportunamente processati. I protocolli di comunicazione come l’I2C o l’SPI consentono la trasmissione dei dati tra interfacce e Microcontrollore. Quest’ultimo gestisce le informazioni servendosi di elementi di memoria e di un core, imposta i parametri di configurazione e genera i risultati richiesti dall’applicazione dell’utente. Ogni singolo elemento di una architettura di tale complessità richiede una serie di controlli fondamentali, al fine di dimostrare la correttezza delle operazioni sotto differenti condizioni operative. I Team di Ingegneri devono affrontare le sfide della verifica sin dalle prime fasi del Design Cycle, partendo dalla descrizione RTL sino all’implementazione su Silicio. La verifica impatta in modo considerevole lo sviluppo del prodotto, arrivando a occupare il 70 % del tempo complessivo. Di conseguenza, la verifica è un aspetto cruciale per il time-to-market e per i guadagni di una azienda. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di mostrare la fattibilità della verifica della corretta integrazione di un Microcontrollore all’interno di un ASIC per un Sensore MEMS di tipo SiP, dispiegando le tecniche e gli strumenti di verifica industriale disponibili allo stato dell’arte. Il lavoro è stato condotto presso l’azienda STMicroelectronics, all’interno del Team di Digital Design del Gruppo MEMS di Cornaredo (MI). Partendo dallo studio architetturale, è stato definito il flusso di verifica da perseguire. La tesi si focalizza sulla Verifica Digitale tramite la creazione di Firmware di test funzionali in linguaggio C, implementando algoritmi di self-checking. L’intento è la verifica del corretto comportamento dell’IP core integrato nel progetto mentre si interfaccia con gli elementi di memoria, ossia la RAM dati e i banchi di registri. Ciascun test è gestito all’interno dell’ambiente UVM affinché questi possano risultare auto-consistenti e automatizzati. I risultati ottenuti sono significativi, in quanto i test ideati non solo verificano le funzionalità del Microcontrollore associate a come il core si interfaccia con le risorse hardware, ma si sono anche dimostrati utili ai fini della portabilità per la fase di Final Test sul dispositivo fisico su Silicio. In questo modo si ha la garanzia di avere a disposizione un flusso di verifica digitale auto-consistente a partire dal livello di astrazione RTL sino alla produzione su Silicio prima del tape-out.