专利名称：一种基于配置词典的fpga测试配置分析评价方法
技术领域：
本发明涉及可编程逻辑器件技术领域，是ー种适用于现场可编程门阵列器件测试配置的分析评价方法。
背景技术：
现场可编程门阵列(FPGA)是ー种大規模可编程器件，由可编程逻辑模块(CLB)、连线资源、输入输出模块(IOB)构成。其中可编程逻辑模块用来实现用户电路的逻辑功能；连线资源用来提供逻辑块间的连接关系；输入输出模块用来让用户定义输入输出信号。配置文件存储在片外存储器中(如PR0M)，通过FPGA提供的配置方式下载到芯片中，从而实现相应的电路功能。FPGA是ー种复杂的集成电路器件。如Xilinx公司的Virtex-2系列FPGA包含几百万个逻辑门，以及几百万的电路连线。如果其中ー些门电路或连线发生缺陷(缺陷是ー 种物理损坏，在生产、运输、使用过程中引入)，会导致电路不能正常工作。所以要对FPGA进行完备的测试，以保证器件处于可接受的质量水平。集成电路测试中的ー个重要问题就是对测试向量进行评估，它影响到测试的效率及测试的质量。在测试领域通过建立故障模型，用逻辑故障来反映物理缺陷，并通过故障覆盖率对测试向量进行评估。如常用的固定故障模型，假设电路节点保持固定的逻辑值，无论什么样的逻辑值驱动该电路节点，它都固定为O或固定1，用来反映电路中的开路或短路缺陷。故障覆盖率是测试到的故障模型与所有故障模型的比值。FPGA的测试向量包括测试配置、测试激励和测试响应。测试过程中，施加测试配置的时间是毫秒级的，施加测试激励、得到测试响应并比较的时间是微秒级的，测试时间主要由配置时间決定。FPGA测试需测试工程师开发专门的测试配置，这些测试配置需进行故障覆盖率评估以提高故障覆盖率，并减少需要的测试配置数目。目前，目前针对FPGA测试配置的评价方法也主要采用故障仿真的方法。但随着FPGA的规模的扩大，通过故障仿真计算测试向量故障覆盖率的方法非常耗时，例如Xilinx的XCV1000E系列大约有1000K个逻辑门，通过故障仿真评估故障覆盖率需要数百个小吋。因此需要研究FPGA测试配置的快速分析评价方法，以提高测试配置的开发效率。
发明内容
本发明的目的是公开一种基于配置词典的FPGA测试配置分析评价方法，用于分析评价FPGA测试配置的完备性。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是一种基于配置词典的FPGA测试配置分析评价方法，用于现场可编程门阵列测试配置，其包括以下步骤(I)建立现场可编程门阵列基本可编程单元的配置词典；(2)根据测试配置测试的资源，建立测试配置的分析模板；
(3)建立对应于分析模板的配置词典；(4)采用模板化的方法并行对测试配置进行分析处理；(5)根据分析处理的結果，对测试配置的完备性进行评价，并分析该组测试配置所有可测和不可测的资源。所述的测试配置分析评价方法，其所述现场可编程门阵列中基本可编程单元的配置词典，由基本可编程单元测试时必须要包含测试配置以及每组配置对应可测的故障构成，用于对基本可编程单元配置码的完备性进行评价；测试配置的分析方法，包含建立所有基本可编程单元的配置词典的步骤。所述的测试配置分析评价方法，其所述(2)步中测试配置分析模板，以现场可编程门阵列的功能单元为基础，并对应于测试配置测试的资源；现场可编程门阵列中各模块的功能不同，且相对独立，测试时大多分开进行，测试时专用的测试配置只针对特定的资源进行测试，根据测试配置测试的资源建立不同的模板，以灵活分析不同资源的测试配置。
所述的测试配置分析评价方法，其所述(3)步中对应于分析模板的配置词典，以基本可编程单元的配置词典为基础，同时考虑模板内基本可编程单元的可测性；模板内的配置词典用以对模板配置码的完备性进行评价，井根据完备性评价的结果决定分析模板内可测和不可测的资源。所述的测试配置分析评价方法，其所述(4)步中模板化的方法，是利用现场可编程门阵列重复阵列结构的特点，通过模板的复用实现对整个测试配置的分析处理；所有模板的分析并行进行，从而減少了所述方法的运行时间。所述的测试配置分析评价方法，其所述(5)步中评价测试配置的完备性，根据测试配置对FPGA中所有基本可编程单元要测试的配置码的覆盖情况，对该组测试配置的完备性进行评价；或根据配置词典中配置码对应的故障模型，计算测试配置能达到的故障覆盖率。本发明ー种基于配置词典的FPGA测试配置分析评价方法，无需故障仿真就能对FPGA的测试配置进行快速的分析评价分析测试配置所有可测和不可测的FPGA资源，评价测试配置的完备性。从而可以指导FPGA测试配置的改进，提高FPGA测试配置的开发效率。
图I为本发明一种基于配置词典的FPGA测试配置分析评价方法流程示意图；图2为FPGA中的基本可编程单元示意图；其中图2a是由SRAM控制选择端的多路选择器(MUX)；图2b是由SRAM控制选通的缓冲器(BUF)；图2c是由SRAM构成存储单元的逻辑查找表(LUT)；图3为FPGA基本可编程单元的配置词典示意图；其中图3a是MUX的配置词典；图3b是BUF的配置词典；图3c是固定故障下两输入LUT的配置词典；图4为FPGA逻辑功能模块的测试配置处理模板示意图；图5为模板内基本可编程单元对应的配置词典示意图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图和实现方式对本发明ー种基于配置词典的FPGA测试配置分析评价方法做进ー步的详细说明。图I是本发明方法的具体执行流程，下面将结合图I中的步骤详细说明本发明方法的实施方案。步骤101建立FPGA中基本可编程单元的配置词典。FPGA中的基本可编程单元如图2所示，图2a是由SRAM控制选择端的多路选择器(MUX)，其中Mtl是MUX的SRAM控制位，当Mtl是O时，输入端a选通到输出端O ;当M0是I时，输入端b选通到输出端O。图2b是由SRAM控制选通的缓冲器(BUF)，其中M0是BUF的SRAM控制位，当Mtl是O吋，BUF断开，输出端ο的值不受输入端i值的影响；当Mtl是I吋，BUF导通，输出端ο的值同输入端i的值保持一致。图2c是由SRAM构成存储单元的逻辑查找表(LUT)，其中M0到Mm-I是LUT的SRAM控制位，m的值为2k，k是LUT的输入个数。对Mtl到Mm-I进行不同的配置，可以实现不同的k输入的逻辑功能。这些基本的可编程单元构成了 FPGA的可编程布线及逻辑资源，是FPGA可编程功能实现的基础。基本可编程单元的可测性与配置码相关，在单个配置码下，只有部分故障可测，其完备测试需要多个配置码。例如对图2a中的MUX，其输入可控，输出可观测。 当配置位M0为O时，输入端a和输出端c上的故障可測。当配置位M0为I时，输入端b和输出端c上的故障可測。MUX的完备测试要求在这两种配置码下分别进行测试。基于这ー事实，提出了ー种TC的分析评价方法通过分析TC对基本可编程单元的配置码的覆盖率，对TC进行分析评价。TC对配置词典覆盖率的计算，首先借鉴故障词典的概念，建立FPGA基本可编程单元的配置词典。故障词典是故障仿真过程中建立的故障列表，包含芯片所有需要测试的故障，故障仿真的过程就是分析故障词典中包含故障的可测性，故障仿真结束时根据分析的结果计算测试向量的故障覆盖率。基本可编程单元的配置词典由其测试时必须要包含的测试配置及相应配置下可测的故障模型构成，对TC的分析过程就是分析TC中是否包含配置词典中的配置码。。图3是FPGA中可编程基本单元的配置词典，图3a是MUX的配置词典，图中as(l表不MUX输入端a的固定O故障，asl表不MUX输入端a的固定I故障，bs0表不MUX输入端b的固定O故障，bsl表不MUX输入端a的固定I故障，os0表不MUX输出端ο的固定O故障，Osl表示MUX输出端ο的固定I故障，M0s0表示MUX配置位Mtl的固定O故障，M0sl表示MUX配置位Mtl的固定I故障。图3b是BUF的配置词典，图中is(l表示BUF输入端i的固定O故障，isl表示BUF输入端i的固定I故障，Ostl表示BUF输出端ο的固定O故障，Osl表示BUF输出端ο的固定I故障，M0s0表示BUF配置位Mtl的固定O故障，M0sl表示BUF配置位Mtl的固定I故障。图3c是固定故障下两输入LUT的配置词典，图中Mc^Mlsl,M2sl, M3sl分别表示对应LUT配置位M0, M1, M2, M3的固定I故障，M0s0, Mls0, M2s0, M3s0分别表示对应配置位M0, M1, M2, M3的固定O故障。Itlsl, ilsl分别表示对应输入端的固定I故障，i0s0,ilsQ分别表不对应LUT输入端的固定O故障，Os0表不LUT输出端ο的固定O故障，Osl表不LUT输出端ο的固定I故障。其中MUX和BUF的配置词典由其所有测试配置构成，对LUT只需部分测试配置就能完成其完备测试，对不同的故障模型其需要的配置数目不同，图3c中是在故障模型下，两输入LUT的故障词典。步骤102根据测试配置测试的资源，建立相应的测试配置处理模板。FPGA中的逻辑资源模块、连线资源以及输入输出模块功能不同且相对独立，FPGA测试时对它们的测试分开进行，专用的FPGA测试配置只针对FPGA中特定的资源，因此只需针对要测试的资源的完备性进行评估。测试配置的处理模板，FPGA是大量重复功能单元构成的ニ维结构阵列，以功能模块为基础建立TC的处理模板，只需建立有限的几个模板，通过复用就能实现对整个FPGA测试配置的分析处理。图4是FPGA基本逻辑模块模板的例子。步骤103建立对应于模板的配置词典。模板的配置词典以基本可编程单元的配置词典为基础，同时考虑模板内基本可编程单元的可测性。例如对图4模板中的MUX S0,当S1,S2的配置码为11吋，S0的输出不可观测，此时分析Stl的配置没有意义，因此模板内Stl的配置词典要考虑S1, S2的影响，再原有配置词典的基础上加上Stl可观测时S1, S2的配置码，摸板内Stl的配置词典如图5所示。图5中对应于配置位的真值有三組，这三组配置码为等价配码，它们对应的MUX Stl测到的故障相同，测到其中ー个就可以认为这组配置已测。对其它功能単元内其它可编程単元做类似处理，建立模板的配置词典。步骤104到107是对测试配置进行分析处理，对ー个测试配置(104)，首先将其测试的所有功能模块的配置码取出，井根据测试配置下功能模块端ロ的可测性对其配置词典进行调整(105)。然后并行对所有模板的测试配置进行分析处理，将模板的配置码与其配 置词典进行比较，如果配置码包含配置词典的有效配置，将该配置码标记为可测，同时将配置码对应的故障标记为可测(106)。模板化的方法只分析测试配置测试到的功能模块，简化了测试配置分析的难度，増加了本发明的通用性和灵活性，便于本发明的移植和扩展，根据功能模块端ロ可测性对配置词典的调整，解决了模块之间故障传输的分析问题。同时对所有的模板并行进行处理，使本发明的运行时间理论上与FPGA的规模无关，FPGA规模的扩大，只是增加了并行处理的模板数目。步骤108到109根据测试配置分析处理的結果，对测试配置进行评价(108)，井分析该组测试配置所有可测和不可测的FPGA资源(109)。根据测试配置对FPGA中所有基本可编程单元要测试的配置码的覆盖情况，可以对该组测试配置的完备性进行评价，测试到越多的配置码，意味着该组测试配置的完备性越高。根据配置码对应的故障模型，也可以计算测试配置能达到的故障覆盖率。同时根据模板中已测和未测的基本可编程单元配置码，可以快速定位FPGA中所有可测和不可测的资源，便于指导测试配置的改进，提供故障覆盖率。步骤110本发明方法的执行流程结束。本发明方法不受具体实施方法的限制。
权利要求
1.一种基于配置词典的FPGA测试配置分析评价方法，用于现场可编程门阵列测试配置，其特征在于包含以下步骤 1)建立现场可编程门阵列基本可编程单元的配置词典； 2)根据测试配置测试的资源，建立测试配置的分析模板； 3)建立对应于分析模板的配置词典； 4)采用模板化的方法并行对测试配置进行分析处理； 5)根据分析处理的结果，对测试配置的完备性进行评价，并分析该组测试配置所有可测和不可测的资源。
2.如权利要求I所述的测试配置分析评价方法，其特征在于所述现场可编程门阵列中基本可编程单元的配置词典，由基本可编程单元测试时必须要包含测试配置以及每组配置对应可测的故障构成，用于对基本可编程单元配置码的完备性进行评价；测试配置的分析方法，包含建立所有基本可编程单元的配置词典的步骤。
3.如权利要求I所述的测试配置分析评价方法，其特征在于所述2)步中测试配置分析模板，以现场可编程门阵列的功能单元为基础，并对应于测试配置测试的资源；现场可编程门阵列中各模块的功能不同，且相对独立，测试时大多分开进行，测试时专用的测试配置只针对特定的资源进行测试，根据测试配置测试的资源建立不同的模板，以灵活分析不同资源的测试配置。
4.如权利要求I所述的测试配置分析评价方法，其特征在于所述3)步中对应于分析模板的配置词典，以基本可编程单元的配置词典为基础，同时考虑模板内基本可编程单元的可测性；模板内的配置词典用以对模板配置码的完备性进行评价，并根据完备性评价的结果决定分析模板内可测和不可测的资源。
5.如权利要求I所述的测试配置分析评价方法，其特征在于所述4)步中模板化的方法，是利用现场可编程门阵列重复阵列结构的特点，通过模板的复用实现对整个测试配置的分析处理；所有模板的分析并行进行，从而减少了所述方法的运行时间。
6.如权利要求I所述的测试配置分析评价方法，其特征在于所述5)步中评价测试配置的完备性，根据测试配置对FPGA中所有基本可编程单元要测试的配置码的覆盖情况，对该组测试配置的完备性进行评价；或根据配置词典中配置码对应的故障模型，计算测试配置能达到的故障覆盖率。
全文摘要
本发明公开了一种基于配置词典的FPGA测试配置分析评价方法，涉及可编程逻辑器件技术，用于分析评价FPGA测试配置的完备性。本发明方法结合FPGA的结构特点，首先建立FPGA的配置词典；然后采用模板化的方法分析测试配置，计算测试配置对配置词典的覆盖率；最后根据计算的覆盖率评价测试配置的完备性。通过本发明提出的方法，无需故障仿真就能对FPGA的测试配置进行快速的分析评价分析测试配置所有可测和不可测的FPGA资源，评价测试配置的完备性，从而可以指导FPGA测试配置的改进，提高FPGA测试配置的开发效率。
文档编号G01R31/3185GK102830345SQ20111016103
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者杨海钢, 周发标, 秋小强, 王飞 申请人:中国科学院电子学研究所