一种MRAM环境适应性的测试方法与流程

本发明属于计算机存储领域，具体提供一种MRAM(Magnetic Random Access Memory，磁性随机存储器)环境适应性的测试方法。

背景技术：

存储系统是计算机体系结构中的重要组成部分，传统信息化服务以及日趋强大的云存储服务对存储系统的安全可靠要求越来越高。然而，目前的存储系统正面临着可靠性问题，存储系统对外界环境的适应性显得至关重要。MRAM作为一种存储器件，依靠磁致电阻特性存储数据，其数据存储核心部件的物理特性与传统存储器件不同，对温度和磁场较为敏感，实验统计发现外界温度和磁场的波动，在很大程度上影响MRAM的可靠性，因此MRAM的环境适应性特征测试对提高存储设备可靠性具有很重大的意义。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明提供了一种MRAM环境适应性的测试方法，其目的在于确保和有效提高存储设备的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了一种MRAM环境适应性的测试方法，测试方法基于温控箱，磁场设备，MRAM存储设备，FPGA硬件和Windows主机端；所述测试方法包括下述步骤：

(1)对所述温控箱的温度进行预先指定，并采用温控箱对MRAM存储设备进行处理，将处理后的MRAM存储设备以子卡形式装置于FPGA硬件平台；

(2)对经指定温度处理过的MRAM存储设备进行读测试；

(3)对经指定温度处理过的MRAM存储设备进行写测试；

(4)改变对MRAM存储设备处理的温度，重复步骤(1)～(3)，获取不同温度环境下存储设备的可靠性特征，并根据所述不同温度环境下存储设备的可靠性特征获得临界温度；

(5)将步骤(1)～(4)中所有的温控箱和温度参数更换为磁场设备和磁场强度参数，并重复步骤(1)～(4)后获取不同磁场环境下存储设备的可靠性特征，并根据不同磁场环境下存储设备的可靠性特征获得临界磁场强度。

更进一步地，在步骤(1)中，温度或磁场强度均以细粒度的增长方式进行指定。

更进一步地，可靠性特征包括读写错误行为特征。

更进一步地，步骤(2)具体为：

(2.1)对预先设定的MRAM数据区域写入指定数据，并记录数据内容且锁定该区域，使该区域不能再进行写操作；

(2.2)对该数据区域进行读操作，将读出的数据与写入的原始数据进行比对，记录测试结果；

(2.3)重复步骤(2.2)至10亿次以获取MRAM存储设备在温度影响下的读错误行为特征。

更进一步地，步骤(3)具体为：

(3.1)对预先设定的MRAM数据区域写入指定数据，并记录数据内容；

(3.2)在写操作完成后，对该数据区域进行读操作，将读出的数据与写入的原始数据进行比对，记录测试结果；

(3.3)重复步骤(3.1)～(3.2)至10亿次以获取MRAM存储设备在温度影响下的写错误行为特征。

更进一步地，步骤(4)中，根据不同温度环境下存储设备的可靠性特征获得临界温度具体为：温度由低至高，按序升高，存储设备首次出现读写错误时的温度即为临界温度，例如，温度以25℃，30℃，35℃，40℃，45℃，50℃，55℃，65℃，70℃，75℃，80℃按序升高，存储设备在75℃时首次出现读写错误，则临界温度为75℃。

更进一步地，步骤(5)中，根据不同磁场环境下存储设备的可靠性特征获得临界磁场强度具体为：磁场强度由小至大，按序增大，存储设备首次出现读写错误时的磁场强度即为临界磁场强度，例如磁场强度以110Gauss，120Gauss，130Gauss，140Gauss按序增大，存储设备在140Gauss时首次出现读写错误，则临界磁场强度为140Gauss。

本发明提供了一种MRAM环境适应性的测试方法，所述测试方法使用温控箱和磁场设备对MRAM存储设备进行处理，模拟实际环境情况，通过读取MRAM所存储的数据来考量MRAM的可靠性。

作为优选地，所述方法适用于依靠磁致电阻特性存储数据的MRAM产品。

通过本发明所构思的技术方案，能够取得下列有益效果：

(1)本发明能够有效测试存储设备对环境的适应性程度，为提高存储设备的可靠性提供依据，可以使存储系统的可靠性这样一个抽象的概念通过一个数值直观的表达出来。

(2)本发明通过温控箱对存储设备进行处理，采用细粒度的温度测试机制，能有效的获取不同温度下存储设备的可靠性特征，包括读写错误率及临界温度，定量的对存储设备的可靠性进行分析。

(3)本发明通过磁场设备对存储设备进行处理，采用细粒度的磁场强度测试机制，能有效的获取不同磁场下存储设备的可靠性特征，包括读写错误率及临界磁场强度，定量的对存储设备的可靠性进行分析。

附图说明

图1是本发明测试MRAM环境适应性的错误行为模型图；

图2是温度为75℃下的MRAM存储设备读错误率图；

图3是温度为80℃下的MRAM存储设备读错误率图；

图4是温度为75℃下的MRAM存储设备写错误率图；

图5是温度为80℃下的MRAM存储设备写错误率图；

图6是磁场强度为140Gauss下的MRAM存储设备读错误率图；

图7是磁场强度为140Gauss下的MRAM存储设备写错误率图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的测试方法使用温控箱和磁场设备对MRAM进行处理，模拟实际使用环境，通过读取MRAM存储设备的值来考量存储设备的错误行为特征，并重复上述步骤，以获取MRAM在不同温度和磁场强度下的环境适应性特征。该测试方法适用于依靠磁致电阻特性存储数据的MRAM产品。

本发明的整体思路在于提供一种MRAM环境适应性的测试方法，所谓环境适应，就是使用温控箱和磁场设备对MRAM存储设备进行处理，考察MRAM对外界温度和磁场的耐受程度。

本发明MRAM环境适应性的测试方法需要温控箱，磁场设备，MRAM存储设备，FPGA硬件以及Windows主机端。其中MRAM存储设备以子卡形式与FPGA硬件平台连接；装载有MRAM存储设备的FPGA硬件平台通过USB线缆与Windows主机端进行连接。温控箱及磁场设备负责为MRAM存储设备提供不同的温度和磁场环境；MRAM存储设备是待测试设备；FPGA硬件负责装载MRAM存储设备，确保Windows主机端能对MRAM存储设备直接发送读写指令；Windows主机端提供能对FPGA硬件发送并完成读写测试操作的操作环境。

参见图1，本发明MRAM环境适应性的测试方法包括以下步骤：

(1)预先指定温度，用温控箱对MRAM存储设备进行处理；再将处理之后的MRAM存储设备以子卡形式装置于FPGA硬件平台；为了提高精准度，温度以细粒度的增长方式进行指定，例如，25℃，30℃，35℃，40℃，45℃，50℃，55℃，65℃，70℃，75℃，80℃。

(2)对经指定温度处理过的MRAM存储设备进行读测试，步骤如下：

(2.1)对预先设定的MRAM数据区域写入指定数据，并记录数据内容且锁定该区域，使该区域不能再进行写操作；

例如，可以通过选定4个字节作为一个数据区域，测试8个数据区域，其中每个数据区域的地址是连续的。数据区域选择过大，会导致测试时间过长。数据区域过小，测试结果不足以反映存储设备的特性。

写入的指定数据可以选定为4字节全“1”数据或者全“0”数据。

(2.2)对该数据区域进行读操作，将读出的数据与写入的原始数据进行比对，记录测试结果；

(2.3)重复此比对过程(即步骤2.2)至10亿次(1000个Million)，以获取MRAM存储设备在温度影响下的读错误行为特征，从而测试MRAM的可靠性；

(3)对经指定温度处理过的MRAM存储设备进行写测试，步骤如下：

(3.1)对预先设定的MRAM数据区域写入指定数据，并记录数据内容；

(3.2)在写操作完成之后，对该数据区域进行读操作，将读出的数据与写入的原始数据进行比对，记录测试结果；

(3.3)重复步骤(3.1)和(3.2)至10亿次(1000个Million)，以获取MRAM存储设备在温度影响下的写错误行为特征，从而测试MRAM的可靠性；

(4)改变对MRAM存储设备处理的温度，重复上述步骤(1)到步骤(3)，以获取不同温度环境下存储设备的可靠性特征，包括读写错误行为特征，并找到临界温度；

(5)先将步骤(1)到步骤(4)中所有的温控箱和温度参数，全部更换为磁场设备和磁场强度参数,其中磁场强度以细粒度的增长方式进行指定，然后重复上述更改之后的步骤(1)到步骤(4)，以获取不同磁场环境下存储设备的可靠性特征，包括读写错误行为特征，并找到临界磁场强度。

为了更进一步的说明本发明实施例提供的MRAM环境适应性的测试方法，现结合具体实例详述如下：

实施例1：

(1)首先将MRAM存储设备置于温控箱中处理，温度设置为25℃；然后取出MRAM存储设备，将其以子卡形式装置于FPGA硬件设备之中。

(2)选定4个字节作为一个数据区域，测试8个数据区域；写入的指定数据选定为4字节全“1”数据。

(3)对选定的数据区域进行读操作，将读出的数据与写入的原始数据进行比对，记录测试结果。

(4)重复步骤3至10亿次(1000个Million)，以获取MRAM存储设备在温度影响下的读错误行为特征，从而测试MRAM的可靠性；经测试，MRAM存储设备在25℃下，未出现读错误。

(5)重复步骤2和3至10亿次(1000个Million)，以获取MRAM存储设备在温度影响下的写错误行为特征，从而测试MRAM的可靠性；经测试，MRAM存储设备在25℃下，未出现写错误。

(6)改变对MRAM存储设备处理的温度，温度范围指定为：30℃，35℃，40℃，45℃，50℃，55℃，65℃，70℃，75℃，80℃；在指定的温度范围对步骤(1)中的温度值进行更换，然后在每一个指定的温度下，重复上述步骤(2)到步骤(4)，以获取不同温度环境下存储设备的可靠性特征。经测试，MRAM存储设备在30℃，35℃，40℃，45℃，50℃，55℃，65℃，70℃范围均未出现读错误；当温度为75℃时，MRAM存储设备开始出现读错误，判定临界温度是75℃，读错误率(Read error rate)如图2所示；当温度为80℃时，MRAM存储设备读错误率如图3所示。读错误行为特征以读错误率这样一个数值的概念直观的反映出来。图2和图3中X轴表示测试循环次数是10亿次(1000个Million)，单位是100万次(Million)；Y轴表示读错误率(Read error rate)。

(7)改变对MRAM存储设备处理的温度，温度范围指定为：30℃，35℃，40℃，45℃，50℃，55℃，65℃，70℃，75℃，80℃；在指定的温度范围对步骤(1)中的温度值进行更换，然后在每一个指定的温度下，重复上述步骤(2)(3)(5)，以获取不同温度环境下存储设备的可靠性特征。经测试，MRAM存储设备在30℃，35℃，40℃，45℃，50℃，55℃，65℃，70℃范围均未出现写错误；当温度为75℃时，MRAM存储设备开始出现写错误，判定临界温度是75℃，写错误率(Write error rate)如图4所示；当温度为80℃时，MRAM存储设备写错误率如图5所示。写错误行为特征以写错误率这样一个数值的概念直观的反映出来。图4和图5中X轴表示测试循环10亿次(1000个Million)，单位是100万次(Million)；Y轴表示写错误率(Write error rate)。

实施例2：

(1)首先将MRAM存储设备置于磁场设备中处理，磁场强度设置为100Gauss；然后取出MRAM存储设备，将其以子卡形式装置于FPGA硬件设备之中。

(2)选定4个字节作为一个数据区域，测试8个数据区域；写入的指定数据选定为4字节全“1”数据。

(3)对选定的数据区域进行读操作，将读出的数据与写入的原始数据进行比对，记录测试结果。

(4)重复步骤3至10亿次(1000个Million)，以获取MRAM存储设备在磁场影响下的读错误行为特征，从而测试MRAM的可靠性；经测试，MRAM存储设备在100Gauss下，未出现读错误。

(5)重复步骤2和3至10亿次(1000个Million)，以获取MRAM存储设备在磁场影响下的写错误行为特征，从而测试MRAM的可靠性；经测试，MRAM存储设备在100Gauss下，未出现写错误。

(6)改变对MRAM存储设备处理的磁场强度，磁场强度范围指定为：110Gauss，120Gauss，130Gauss，140Gauss；在指定的磁场强度范围对步骤(1)中的磁场强度进行更换，然后在每一个指定的磁场强度下，重复上述步骤(2)到(4)，以获取不同磁场环境下存储设备的可靠性特征。经测试，MRAM存储设备在110Gauss，120Gauss，130Gauss范围均未出现读错误；当磁场强度为140Gauss时，MRAM存储设备开始出现读错误，判定临界磁场强度是140Gauss，读错误率(Read error rate)如图6所示。读错误行为特征以读错误率这样一个数值的概念直观的反映出来。图6中X轴表示测试循环的单位10亿次(1000个Million)，单位是100万次(Million)；Y轴表示读错误率(Read error rate)。

(7)改变对MRAM存储设备处理的磁场强度，磁场强度范围指定为：110Gauss，120Gauss，130Gauss，140Gauss；在指定的磁场强度范围对步骤(1)中的磁场强度进行更换，然后在每一个指定的磁场强度下，重复上述步骤(2)(3)(5)，以获取不同磁场环境下存储设备的可靠性特征。经测试，MRAM存储设备在110Gauss，120Gauss，130Gauss范围均未出现写错误；当磁场强度为140Gauss时，MRAM存储设备开始出现写错误，判定临界磁场强度是140Gauss，写错误率(Write error rate)如图7所示。写错误行为特征以写错误率这样一个数值的概念直观的反映出来。图7中X轴表示测试循环的单位10亿次(1000个Million)，单位是100万次(Million)；Y轴表示写错误率(Write error rate)。

本领域的技术人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。