一种基于典型功耗分析的集成电路保留指令测试电路的制作方法

1.本发明涉及一种基于典型功耗分析的集成电路保留指令测试电路，属于集成电路芯片测试技术领域。


背景技术：

2.随着集成电路设计制造的全球化发展，其生产阶段的分工越来越细化，这为恶意攻击者在集成电路上植入后门提供了条件。例如，当前eda软件主要是进口软件，在集成电路由hdl级代码生成门级物理版图时，可以在设计者不知情的情况下自动植入后门。又比如，集成电路的制造主要由第三方foundry厂商完成，在芯片从软件版图转为硬件掩膜时，恶意攻击者可以在芯片外围边界修改掩膜来植入后门。恶意攻击者可以通过保留指令来激活后门，实现对集成电路的信息采集和控制，这将严重影响集成电路的使用安全。
3.集成电路的后门检测有较大技术难度，特别是设计制造阶段植入的后门很难通过常规的电测试平台及方法检测到，其原因在于：
4.(1)对于一个植入后门，一般需要在特定端口中输入特殊保留指令后才能激活，电路手册中给出的常规指令功能测试无法激活后门，而直接猜测可行的端口与保留指令通常是徒劳的。黑盒测试是较为可行的实施方式，对电路部分或全部io端口进行有限遍历测试或随机指令测试。由于测试向量指令集的总量可能非常庞大，因此需要测试系统具有灵活的指令总线接口、足够的指令集向量深度和高度的自动化执行能力。
5.(2)常规的集成电路功耗测试主要分为静态及动态电源电流测试，前者是电路处于待机状态下的漏电流，后者是电路处于某种特定工作状态下时随机抓取的一个或多个时间点电流的平均值。而保留指令激活后门所产生的电路功耗变化可能是瞬态的或短时阶段性的，传统的电路电源电流测试无法有效检测出该特性。
6.(3)采用黑盒测试方法对被测电路进行检测，一般需要进行大量的重复激励、测量与数据分析。为保证数据分析的有效性，对被测电路激励与功耗采集触发时序的一致性有很高要求，基于非实时操作系统的软件触发采集控制一般无法达到理想的时序一致性。


技术实现要素：

7.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于典型功耗分析的集成电路保留指令测试电路，实现舰载导弹的快速实战化发射，有效提高舰载武器的实战能力和作战效能。
8.本发明解决技术的方案是：
9.一种基于典型功耗分析的集成电路保留指令测试电路，包括计算机、测试机、采样元件、调理电路、功耗采集单元和被测电路；
10.测试机包括：数字通道a、直流源、数字通道b和gnd/dgs；
11.功耗采集单元包括2路采集通道：通道a和通道b，两通道公用一路参考端；
12.被测电路包括：电源端口vcc、指令集输入总线i/o和地端口gnd；
13.计算机通过总线a与测试机相连，通过总线b与功耗采集单元相连；
14.测试机的数字通道a连到功耗采集单元通道a；测试机的直流源连到采样元件前端；测试机的数字通道b连到被测电路的i/o端口；测试机的gnd/dgs连到被测电路的gnd端口；
15.采样元件后端与被测电路vcc以及调理电路输入端口相连；
16.调理电路的输出端口，连到功耗采集单元的通道b；
17.功耗采集单元的参考端连到被测电路的gnd端口。
18.进一步的，计算机可以通过总线a，对测试机的数字通道a、直流源和数字通道b的参数进行设置，并控制其工作状态。
19.进一步的，计算机可以通过总线b，对功耗采集单元的触发通道、触发电平，触发方式、采样通道、采样速率、采样幅值范围、波形存储方式、位置参数进行设置，并控制功耗采集单元的工作状态。
20.进一步的，测试机通过直流源为被测电路供电，直流源输出的幅值范围和最大输出电流值由计算机设定。
21.进一步的，测试机的数字通道a和数字通道b均具有时域反射测量与补偿功能，测试机输出信号达到功耗采集单元通道a和被测电路i/o的时序误差低于100ps。
22.进一步的，测试机的直流源输出应为开尔文接口，其force与sense端均独立连接到采样元件前端，保证采样元件前端的电压准确性。
23.进一步的，测试机通过数字通道a向功耗采集单元的通道a发送功耗采集触发信号；数字通道a的输出电压标准、数据内容、数据格式和数据速率由计算机设定。
24.进一步的，测试机可通过数字通道b对被测电路i/o进行接触性测试，数字通道b工作在加流测压工作模式、施加电流范围和测量电压范围由计算机设定。
25.测试机可通过数字通道b对被测电路进行黑盒测试，数字通道b工作在数字向量图形测试模式，数字通道b的总线宽度、电平标准、向量长度、向量内容、向量格式和测试速率均可由计算机设定。
26.进一步的，调理电路为增益可调的有源电路，可对被测电路的功耗信号进行放大和滤波。
27.进一步的，功耗采集单元可以按照指令集条目，对功耗波形进行顺序存储，存储指令集遍历时产生的全部功耗波形。
28.进一步的，计算机对功耗波形进行批量一致性分析，筛选出造成电路功耗异常波动的指令集。
29.一种基于典型功耗分析的集成电路保留指令测试系统，包括指令集生成模块、指令集测试模块、功耗采集模块与功耗分析模块，
30.(1)指令集生成模块：计算机按照被测电路的io宽度与指令协议，产生需要遍历的指令集；
31.(2)指令集测试模块：测试机按照计算机产生指令集协议，生成指令集测试向量图形模板和功耗采集模块触发信号，其中指令向量为可变换图形；
32.测试机在计算机控制下，实时更新指令集内容，产生当前指令集的测试向量，并逐条执行指令集测试；
33.(3)功耗采集模块：计算机设置功耗采集模块参数，功耗采集模块在触发信号同步控制下，对采集元件输出的功耗波形信号进行采集，并按照指令集分条存储功耗波形；
34.(4)功耗分析模块：当全部指令集测试完成后，计算机将功耗采集模块采集到的波形一次性取回，并批量进行一致性分析，识别出引起集成电路功耗异常变化的指令。
35.一种基于典型功耗分析的集成电路保留指令测试方法，步骤如下：
36.(1)通过测试机对该电路进行接触性测试，确保电路的vcc、gnd、io均与测试机仪表正常连接；
37.(2)在计算机上按照被测电路io接口特性，设计测试总线宽度与协议；
38.(3)在测试机上，按照所设计的测试总线宽度与协议，生成原始测试向量图形模板；
39.(4)设置功耗采集模块参数，使其处于等待触发信号，进行功耗采集的状态；
40.(5)开始指令集遍历循环，从起始指令开始，计算机将待测指令发往测试机，测试机更新测试向量图形模板中的指令信号，并对被测电路进行该指令测试，同时触发功耗采集模块开始进行同步功耗采集，采集到的波形按照指令集存储于功耗采集模块中；
41.(6)计算机产生下一条待测指令，重复上一步过程，直到全部待测指令均测试完成；
42.(7)计算机将功耗采集模块中的全部功耗波形数据一次性取回；
43.(8)计算机对全部功耗波形进行一致性分析，筛选出造成集成电路功耗出现异常变化的测试指令。
44.本发明与现有技术相比的有益效果是：
45.(1)本发明基于测试机平台构建的集成电路保留指令测试电路，通过数字通道仪表可以模拟任意电平标准类型的总线，包括单端信号、差分信号、串行同步、串行异步、并行总线等，电压范围至少覆盖0～6.5v，因此可适用于任意数字电路的保留指令测试；
46.(2)本发明采用软件定义指令集，硬件基于固定结构模板实时更新指令集向量，并驱动信号同步测试。一方面，可以极大节省测试机硬件的向量存储深度，适应不同长度测试指令集的测试需求；另一方面，测试机可以提供ns级以下的时序精度，尤其在海量指令集连续触发测试中，可以保证被测电路的功耗响应曲线被精确定时；通过软件控制，测试机可实现完全的自动化测试，中途不需人工干预；
47.(3)本发明采用数据相关性分析方法对集成电路功耗曲线进行一致性分析，从量级和时间两个维度分析集成电路在接收不同指令时的功耗变化，从而在黑盒状态下实现集成电路有效指令集的筛选。
附图说明
48.图1为本发明测试电路组成图；
49.图2为本发明测试方法流程图。
具体实施方式
50.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
51.一种基于典型功耗分析的集成电路保留指令测试电路，如图1所示，包括计算机、
测试机、采样元件、调理电路、功耗采集单元和被测电路；
52.测试机包括：数字通道a、直流源、数字通道b和gnd/dgs；
53.功耗采集单元包括2路采集通道：通道a和通道b，两通道公用一路参考端；
54.被测电路包括：电源端口vcc、指令集输入总线i/o和地端口gnd；
55.计算机通过总线a与测试机相连，通过总线b与功耗采集单元相连；
56.测试机的数字通道a连到功耗采集单元通道a；测试机的直流源连到采样元件前端；测试机的数字通道b连到被测电路的i/o端口；测试机的gnd/dgs连到被测电路的gnd端口；
57.采样元件后端与被测电路vcc以及调理电路输入端口相连；
58.调理电路的输出端口，连到功耗采集单元的通道b；
59.功耗采集单元的参考端连到被测电路的gnd端口。
60.计算机可以通过总线a，对测试机的数字通道a、直流源和数字通道b的参数进行设置，并控制其工作状态。
61.计算机可以通过总线b，对功耗采集单元的触发通道、触发电平，触发方式、采样通道、采样速率、采样幅值范围、波形存储方式、位置参数进行设置，并控制功耗采集单元的工作状态。
62.测试机通过直流源为被测电路供电，直流源输出的幅值范围和最大输出电流值由计算机设定。
63.测试机的数字通道a和数字通道b均具有时域反射测量与补偿功能，测试机输出信号达到功耗采集单元通道a和被测电路i/o的时序误差低于100ps。
64.测试机的直流源输出应为开尔文接口，其force与sense端均独立连接到采样元件前端，保证采样元件前端的电压准确性。
65.测试机通过数字通道a向功耗采集单元的通道a发送功耗采集触发信号；数字通道a的输出电压标准、数据内容、数据格式和数据速率由计算机设定。
66.测试机可通过数字通道b对被测电路i/o进行接触性测试，数字通道b工作在加流测压工作模式、施加电流范围和测量电压范围由计算机设定。
67.测试机可通过数字通道b对被测电路进行黑盒测试，数字通道b工作在数字向量图形测试模式，数字通道b的总线宽度、电平标准、向量长度、向量内容、向量格式和测试速率均可由计算机设定。
68.调理电路为增益可调的有源电路，可对被测电路的功耗信号进行放大和滤波。
69.功耗采集单元可以按照指令集条目，对功耗波形进行顺序存储，存储指令集遍历时产生的全部功耗波形。
70.计算机对功耗波形进行批量一致性分析，筛选出造成电路功耗异常波动的指令集。
71.一种基于典型功耗分析的集成电路保留指令测试系统，包括指令集生成模块、指令集测试模块、功耗采集模块与功耗分析模块，
72.(1)指令集生成模块：计算机按照被测电路的io宽度与指令协议，产生需要遍历的指令集；
73.(2)指令集测试模块：测试机按照计算机产生指令集协议，生成指令集测试向量图
形模板和功耗采集模块触发信号，其中指令向量为可变换图形；
74.测试机在计算机控制下，实时更新指令集内容，产生当前指令集的测试向量，并逐条执行指令集测试；
75.(3)功耗采集模块：计算机设置功耗采集模块参数，功耗采集模块在触发信号同步控制下，对采集元件输出的功耗波形信号进行采集，并按照指令集分条存储功耗波形；
76.(4)功耗分析模块：当全部指令集测试完成后，计算机将功耗采集模块采集到的波形一次性取回，并批量进行一致性分析，识别出引起集成电路功耗异常变化的指令。
77.一种基于典型功耗分析的集成电路保留指令测试方法，如图2所示，步骤如下：
78.(1)通过测试机对该电路进行接触性测试，确保电路的vcc、gnd、io均与测试机仪表正常连接；
79.(2)在计算机上按照被测电路io接口特性，设计测试总线宽度与协议；
80.(3)在测试机上，按照所设计的测试总线宽度与协议，生成原始测试向量图形模板；
81.(4)设置功耗采集模块参数，使其处于等待触发信号，进行功耗采集的状态；
82.(5)开始指令集遍历循环，从起始指令开始，计算机将待测指令发往测试机，测试机更新测试向量图形模板中的指令信号，并对被测电路进行该指令测试，同时触发功耗采集模块开始进行同步功耗采集，采集到的波形按照指令集存储于功耗采集模块中；
83.(6)计算机产生下一条待测指令，重复上一步过程，直到全部待测指令均测试完成；
84.(7)计算机将功耗采集模块中的全部功耗波形数据一次性取回；
85.(8)计算机对全部功耗波形进行一致性分析，筛选出造成集成电路功耗出现异常变化的测试指令。
86.分析方法包括但不限于“低通滤波”、“滑动窗口平均”、“波形对准”、“异常点分析”、“相关性分析”。
87.本发明通过设置测试机数字通道的宽度及电平标准，可对任意接口形式和电平标准的集成电路进行黑盒测试。
88.本发明采用指令集向量模板+计算机实时更新指令集的方式，实现有限向量深度下对任意长度指令集的测试支持。
89.本发明将测试机与功耗采集单元集中于计算机统一控制,统筹实现指令集的遍历产生、信号的测试激励、瞬态功耗的同步触发采集、和海量功耗波形的相关性分析，从而实现全自动化的集成电路安全性测试。
90.本发明将数据相关性分析方法用于集成电路安全性测试，可实现海量功耗响应曲线的快速分析和有效指令集的准确筛选。
91.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。