（微电子学与固体电子学专业论文）基于压缩测试矢量后复用系统总线传输的测试方案.pdf

东南人学硕 学位论义 摘要 随着集成电路制造j 。艺的不断进步以及芯片规模的不断增加，测试策略面临新的挑战，本文提 出久茸压缩后复_ l | j 系统总线的测试方案是一种测试结构上的全新尝试实验表明，它自敛的达剑r 减小测试灭鼙规模，加快测试速度，减小测试存储开销和测试时间的目的。 本篇论文第章简要介“测试的策略，包括对测试技术的叙述和测试现状的分析。针对目前洲 试时间和测试成本所面临的巨大挑战，提出运用压缩测试数据后复用系统总线传输的测试方案。并 分析该方案的可行性。第s s 章比较国内外近几年所提出的测试数据压缩技术，简述a r m 公司提出 的a m b a 系统总线协议和本文所用自动测试向量生成1 具a t a l a n t a 。在第二章中，提山基丁具 有最小相关度的多扫描链m u l t i - c a p t u r e ( m c ) 结构的压缩算法并且通过b e n c h m a r k 电路的实验得 出相关算法的数据列表。第四章在讨论多输入特征寄存器原理及其数学模型2 后，提出m i s r 在 m u l t i e a p t u r e 结构中作为响麻压缩电路的运用，并对a l i a s i n g 做数学分析和实验数据的比较。第五 章描述m c 测试协议的具体实现，即s - t i c 接口电路的设 r ，并且模拟m c 测试的s o c 调度实验 过程。最后在第六章对论文工作进行总结，指出本论文的不足之处。本文以实例论证了从测试数据 压缩出发到复用系统总线测试的整个设计流程的优越性。 实验结果显示，在不牺牲故障覆盖率的基础上，激励压缩算法平均优化率可以达到3 0 a 实现 了降低a t e 设备存储开销和减小测试时间的目的。而经过m c 响应雎缩之后产生的a h a s i n g 值符台 理论计算值的范畴，多数电路的a l i a s i n g 值都降到了0 。即反映了m c 测试结构对电路故障覆盖率 儿乎没有影响，响麻乐缩输出后具有很高的可观测性。同时，存m c 矢茸的s o c 调度过千罕中，通过 设置p l l 倍频比r a t i o 为4 后实验得出m c 测试时间只有传统方法韵1 0 。由此可见，运川该测 试结构的测试方案在测试时间上的节省效率是传统方法无法比拟的。 关键词 自动测试向鼙生成最小相关度m u l t i c a p t u r e 结构多输入特征寄存器 查堕查兰堡! ：兰竺丝苎 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fi cm a n u f a c t u r e a n d t h ei n c r e a s i n go fc h i ps i z e ，t e s tc o m p a c t i o na n d a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g yc r i e sf o r t h er e l e v a n tb r e a k t h r o u g h s o m em e t h o d ss h o u l db ef o u n dt or e s o l v et h e s e q u e s t i o n sa b o u tt e s tt i m ea n da , r e ao v e r h e a d t od e c r e a s et h et e s lt i m eo f t h et e s t p a t t e r nt r a n s p o r t a t i o na n d t h et e s ts i l i c o no v e r h e a d ，t h i sp a p e rp r o p o s e dan o v e lm e t h o dt h a ti sat e s ta c c e s sm e c h a n i s mb a s e do n s y s t e mr e u s a b l eb u st r a n s p o r t a t i o na f t e rt e s tc o m p a c t i o n t h i sm e t h o di sv e r yg o o df o rd e c r e a s i n gt h e t e s t s e ts i z e sa n dt e s tm e m o r yo v e r h e a d f i r s t l y ，t h ea c t u a l i t yo ft e s tc o m p a c t i o nt e c h n o l o g ya n d t h ea m b at e s ts y s t e mb u sp r o t o c o la r e i n t r o d u c e d s i m u l t a n e o u s l y , t h e r e i sa l s oa ni n t r o d u c t i o na b o u ta t l a n t aw h i c hi s a na c a d e m i c c o m b i n a t o r i a lf a u l ts i m u l a t i o na n da t p gs o f t w a r e a t i e r w a r d s ，as c a nc h a i no p t i m i z a t i o na l g o r i t h mi n m u l t i c a p t u r es t r u c t u r ew i t hm u l t i p l es c a nc h a i n si sp r o p o s e di nt h e3 “c h a p t e r t h i sa l g o r i t h m c o n s t r u c t s m u l t i p l es c a nc h a i n sw i t hm i n i m u me o r r e l a t i v i t yo fr e g i s t e r s ，w h i c hi su s e di nm u l t i c a p t u r es t r u c t u r e i n w h i c ht e s tr e s p o n s e sa r e f e dt or e g i s t e r sa n dp r i m a r yi n p u t s ，t h ee x p e r i m e n td a t ao ft h i sa r i t h m e t i cb y c o m p a r i n gw i t hm sc o m p r e s s i o na l ea n a l y z e d i nt h ef o r t hc h a p t e r , m i s r i su s e dt oc o m p r e s sr e s p o n s e s ， a n dt h ea l i a s i n gi sg o t t e nb ye x p e r i m e n t sv e r s u st h er e s u l t sc o m p u t e df r o mt h et h e o r yf o r m u l ao fa l i a s i n g p r o b a b i l i t y , f i n a l l y , t h em c t e s tp r o t o c o l ，t h ed e s i g no fs - t i c ，a n ds i m u l a t i n gt h es o ct e s to ft h em c c i r c u i t sa r ed e s c r i b e d e x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h eo p t i m i z a t i o no f t h i sa t p ga l g o r i t h mc a nb ea b o u tu pt o3 0 o na v e r a g e a n dt h ea l i a s i n go fm cs t r u c t u r ef u l l ya c c o r d sw i t ht h et h e o r yf o r m u l aa f t e rt h ec o m p r e s s i o no fs i n g l e m i s r t h em a s so fb e n c h m a r kc i r c u i t sa r ez e r o a l i a s i n g m o r e o v e r , w h e nt h er a t i oo fp l li se q u a lt o4 ， t h et e s tt i m eo n l yi s1 0 o f t h et r a d i t i o n a lm e t h o d s d u r i n gt h ee x p e r i m e n to f m cv e c t o r ss i m u l a t i o n a l l o ft h e s er e l e v a n te x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h et e s ta c c e s sm e c h a n i s mb a s e do ns y s t e mr e u s a b l eb u s t r a n s p o r t a t i o na f t e rt e s tc o m p a c t i o ni sm o r ee f f e c t i v et h a nt r a d i t i o n a lt e s t i n gs t r a t e g y k e y w o r d a t p g ； m i n i m u m c o r r e l a t i v i t y ；m u l t i - c a p t u r es t r u c t u r e ； m i s r i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，沦文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：囊堡垒日期：尘! 巫l 3 ，7 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文韵 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名： 囊垡：监 导师签名： 日期：炒牛3 一 第一章绪论 1 1 测试现状的简要概述 第1 章绪论 基丁嵌入式可复崩i p ( m t e l i c c t u 鑫lp r o p e r t y ) 核的设计方法学给日前的测试策略带米了巨大的挑 战，随着s o c ( s y s t e m - o n - a - c h i p ) 规模和复杂程度的增加，测试矢量随之增加，测试时间随之变欧 测试成本甲儿何指数增k ；而同时测试系统规模扩展，测试面积也随之增加：测试效率随之r 降u 如何采川高效新颖的测试策略以解决这些面临的问题显得尤为必要。s o c 测试策略主要同绕测试访 问机制和测试接口机制来研究，同时考虑s o c 测试所付出的代价，如硅片面积开销、性能降低、测 试时间和测试功耗等因素【1 。 可测性设计技术是s o c 测试策略中的主流测试技术之一。所谓可测试性设计是指在集成电路设 计的初始阶段就将可测试性设计作为设计目标之一，因为集成电路的可测试性往往与电路的复杂性 成反比。电路的可测性涉及两个最基本的概念，即可控制性和可观察性。可控制性表示通过电路初 始输入端( p r i m a r yi n p u t ，p i ) 控制电路内部节点逻辑状态的难易程度：如果电路内部节点可被驱动为 任意值，则称该常点是可控的。可观察性表示通过控制p i 、将电路内部节点上的等效故障值传播到 初始输出端( p r i m a r yo u t p u t ，p o ) 口a 便对其进行观察的难易程度：如果电路内部节点的值可以传播到 电路的输出端( 用丁观察) ，且其值是预知的，则称该仃点是可观察的。可测试性设汁包括二个方 面：第一、测试欠量生成，即在允许的时间内产生故障测试矢量集；第二、测试访问结构设计。即 解决电路和自动测试设备a t e ( a u t o m a t i c t e s t e q u i p m e n t ) 的连接问题。第三、测试接口机制的形 成，即解决待测电路内部接口和控制模块的设计问题，以便完成对其的评估和计算。可测试性设 计技术人致分以f 儿种方法：扫描测试、内建白测试( b u i l ti n s e l l t e s t ，b i s t ) 、静态 电流( i d d q ) 测试。 扫描测试技术分为三种方法i 全扫描方法，部分扫描方法和边界扫描方法。扫描测试过程包括 矢量的加载，运行和捕获= 个步骤，扫描测试的激励矢量来自于外部a t e 存储设备，当扫描开始时， 首先加载这些矢量到扫描单元中，在标准工作模式下运行，然后将各扫描单元中捕获的响应值压缩 输出并与a t e 存储中的期望值相比较，以侦测故障的可观察性。 内建白测试技术是一种将激励电路和响戍电路加在被测电路( c i r c u i t u n d e r t e s t ，c u t ) 中，以便 实现电路内部测试全过程的自测试技术，主要包括随机测试矢量生成和输出响应分析两部分。它可以 提高可测试性，模块可以进行全速测试( a t s p e e d t e s t ) ，对自动测试设备( a u t o m a t i c t e s t e q u i p m e n t a t e ) 降低了需求。此外它还可以保护s o c 设计的知识产权。测试过程中，通过线性反馈移位寄存 器( l i n e a rf e e d b a c ks h i f tr e g i s t e r ，l f s r ) 获取随机测试矢量，并通过多输入特祉寄存器 ( m u l t i p l e 1 n d u ts i g n a t u r er e g i s t e r ，m 1 s r ) 压缩分析测试响应。内建自测试技术土要包括存储逻辑 内建自测试( m c m o r y b i s t ) 和随机逻辑内建自测试( r a n d o m l o g i c b i s t ) ，基于扫描的随机逻辑内 建自测试由3 - 模块的复杂性和抗随机故障存在的缘故，较之成熟的存储逻辑内建白测试来说更加具 东南大学硬士学位论文 有研究的挑战性。 在通常情况r ，c m o s 电路的静态电流值i d d q 报低，当出现物理缺陷时，i d d q 会变得很高。静 态电流( 1 d d q ) 测试技术可以测量电路中许参状态的电流、榆测到某+ l u 流倩很高时i j ! i | 停 冈此l d d q 测试只需将故障激活，而不必住初始输出端观察故障信息。它的上婪优点是u j 以检测包拈 桥接故障和开路故障在内的很多实际故障，测试相对简单容易。 测试时间及成本在基于嵌入式可复用i p 核的s o c 芯片系统测试中举足轻重，较民的测试时间 就意味着较人的费h j 投入以及对设计的改变需求。然而a t e 在c p u 速度和存储能力上的提高并不 与芯片内fj 电路的数昔成线性关系，目前的低速，低成本的自动测试设备增加了测试时间，其述度 和存储能力却不能满足对s o c 测试的要求，给测试技术带来了严重的问题。但是考虑到测试开销以 及经济成本的冈素，原有设备义不可舍弃。由此可见，有必要研究建立在原有的测试没备基础上的 高效先进的测试方法，达到用低速，低成本的a t e 测试高速s o c 芯片的目的。 1 2 论文的主要工作与意义 本课题研究的主要内容是基于a m b a ( a r m s a d v a n c e d m i c r o c o n l r o l l e r b u s a r c h i t e c t u r e ) 总线 协议的s o c 架构上的测试方案：利用测试访问接口电路( s - t i c ) 加载经过a t p g 压缩算法乐缩的 测试久苗，并使此测试架构可以进行功能测试利结构测试：该洲试体系通过舣时钟驱动f 复系统 总线传输测试矢量，达到用低速的a t e 测试高速芯片的目的( 芯片内部测试时钟通过p l l 供给， 外部慢时钟驱动测试矢量和响应的传输) 最后将通过m i s r 压缩的测试响应输出比较。建立在该测 试体系的基础上，本论文还将研究a m b a 上的测试数据并行传输的特性提高i p 测试并行性，进 一步降低测试时间。 基丁a m b a 总线协议的测试访问机制有利于减小测试访问时间，降低a t e 成本；a t p g 压缩 算法是精简测试父虽的行之有效的方法，降低了对a t e 设备的要求：此外，冈为测试电路面积会带 来额外的开销，通过复用系统总线来减小t a m 的芯片面积开销是一种可行的解决方法，同时还保 证测试的稳定高效。本篇论文的研究意义在于：通过该测试方案的建立与实验，探索面向s o c 芯片 的新的测试方法，为g a r f i e l d 一类的s o c 芯片搭建快速高效实用的测试桥梁a 1 3 论文结构 本篇论文第一章简要介绍测试的策略，包括对测试技术的叙述和测试现状的分析。针对目前测 试时间和测试成本所面临的巨人挑战，提山造h 乐缩测试数据斤复州系统总线传输的测试一策，”： 分析该方案的可行性。第二章比较国内外近几年所提出的测试数据压缩技术，简述a r m 公i 】提出 的a m b a 系统总线协议和本文所用a t p g ：具a t a l a n t a 。在第三章中，我们提出基于具有虽小 相关度的多扫描链m u l t i c a p t u r e ( m c ) 结构的乐缩算法，升且通过b e n c h m a r k 电路的实验得山相芙 算法的数据列表。第四章在讨论多输入特征寄存器原理及其数学模型之后，提出m i s r 在 m u l t i c a p t u r e 结构中作为响应压缩电路的运用，并对a l i a s i n g 做数学分析和实验数据的比较。第五 ， 第一章绪论 章提出m c 测试协议的具体实现即s - t i c 接口电路的设计，并且模拟m c 测试的s o c 调度实验 过群。最后在第人章对论文作进行总结指出本论文的不足之处。本文以实例论证了从测试数据 压缩出发到复用系统总线测试的整个设计流程的优越性。 东南大学硕士学位论义 第2 章矢量压缩及a m b a 总线协议的综述 2 1 测试压缩概况 测试激励父茸集的产生如剀2 - 1 中所示，设计模块经过逻辑综合、扫描插入之后，形成定格 式的网表文什，将该网表文制：与库文件共同输入a t p g ( a u t o m a t i c t e s t p a a e m g e n e r a t o r ) i 具，基】： 一定算法产生剧来侦测该设计模块的矢量集，保存到a t e 中。在这个过程中，待测模块的晶体管规 模对晟后保存到a t e 中的测试激励文件人小起到了决定性的影响。 ：玉j i 库文件 、 d c 综合工具啊_ 阳 a t p g 工具 故障 蠲a t ei 粪萎 全扫描j 边界扫描全扫描 仿真 _l q 封件闰 a t p g d 盯d f t ： j ：一 图2 1 可测性设计a t p g 流程 随着s o c 芯片中晶体管数目的不断增加，测试久量集渐趋庞人由此带来a t e 设备中的存储 开销及i o 端口传输的数据带宽的增加，测试成本逐渐变得难以承受。一直以来，测试压缩作为解 决这一问题的主要手段被广泛关注。一般压缩技术的特点包含以及下几点： 压缩技术的可靠性与实用性要强便于在简单待测电路中得到执行： 压缩技术不应该产生额外的影响到止常功能及测试执行的信号延迟： 压缩技术面向激励和响应两者，其目的在于减少a t e 设备中的所有测试存储开销； 对了：任何故障，在存在该故障和不存在该故障的情况r ，响廊压缩之后产生的结果( 即别 名) 不应该相同； 压缩技术不应该丢失信息或者改变压缩前的数据功能。 建立在这样的特点基础上，前人研究提出了多种有效的压缩技术这些雎缩技术上要包括f 纠 儿种类型： 1 )在产生测试矢量集的a t p g 【具中嵌入含有特定算法的程序使得产生的测试矢量是经过 算法乐缩的。譬如【2 】。但是。针对1 i 术给山内部结构的第一二方i p 核，这样的测试算法往往无法进 行测试压缩。 2 )通过内建自测试中的伪随机产生器( 如l f s r ) 产生随机测试矢量以检测大多数的故障， 这样可以减少外部决定性测试矢量的数目。这些技术最后需通过故障模拟来验证故障覆盖率的大小。 譬如 3 】。当然，在随机测试矢量集非常庞大时故障模拟的计算开销将会是极大的。 3 )通过压缩测试立方( t e s tc u b e ) 米减少测试数据量，所谓测试立方即a t p g 产生的含有不 关心位的测试矢量，不关心位上的数值并非确定性的值0 或1 ，而是不确定的”x ”。这些方法包括【4 】。 4 ；f 一审f ：j ) 介 该方法在给出的测试矢量集全设定的前提f 无法得到执行。 4 ) 针对于全设定( 所有输入位上的数值均确定) 测试矢量的压缩操作，譬如【5 。这样的测试 压缩技术往往需要提出相应算法的硬件电路设计，有时会带米庞人的硬件也路的开销。 在以往的测试压缩技术中，诞生了包括静态压缩f 6 】，动态压缩f 7 】，独立兼容故障集产生算法f 8 】， 反序故障仿真算法【9 ，最大化压缩【7 】，旋转返同算法 7 1 ，r o t c o 算法 1 0 ，高层测试产生算法【l l 】， 似侦测算法 1 2 ，t b o 算法【1 2 】，t h r e e _ b y _ t w o 算法 1 2 ，强迫配对融合算法【1 3 】以及基本故障修剪 算法( e f p ) 【1 3 】等等这样一类精妙的算法。然而随着电路规模的增大，测试压缩技术的课题前沿义 面临着新的挑战，测试久齄压缩率和l 测试故障覆盖率有待得到进步的提高和f ；| 址。i ) 此伐需 要提出新的算法，来适应规模日趋庞大的超大规模集成电路的测试设计。 由丁测试过科中一些故障可能产生偏移错误而导致变得不可测所以测试f i 勺响廊同样需要经过 m i s ri f , 缩，得到相应的别名与无故障情况f 的正确别名值相比较，由此判断是否存往着错误屏蔽 现象。这些与激励尖鼍集压缩技术相关的屏j 蔽现象有很多衡量的手段。譬如：通过仿真电路和压缩 算法米决定故障能否测到，或者通过分析错误响应久量集来计算激励压缩算法所带米的错误屏蔽现 象。新的a t p g 压缩算法势必在响麻的压缩过科中带来可靠性问题，这就需要我制提出相应的m 1 s r 压缩算法，将由此a t p g 压缩算法带来的错误屏蔽问题降低到最小，保证故障覆盖率的稳定和故障 检测的正常进行。 2 2a m b a 总线协议概况 a m b a 总线协议是a r m 公司为s o c 芯片设计开发的一款片上总线架构协议，得到了多数嵌入 式微处理器系统的遵循【1 4 】。它为设计高性能的嵌入式芯片定义了片上通信的标准【1 5 ，包括 a h b ( a d v a n c e dh i g h p e r f o r m a n c eb u s ) 币ja p b ( a d v a n c e dp e r i p h e r a lb u s ) 两类总线。a h b 姓高性能的 系统总线，支持处理器，片上存储以及片外存储界面同低功耗外设间的连接。a p b 专为低功耗外设 设计，属于a h b 总线的一个从设备，它和a h b 模块之间的通信通过桥接( b r i d g e ) 模块完成，桥 接模块完成两者问的握手通信及信号间的转换，锁存所有的地自l ，数据及控制信号，同时提供一级 泽码，对a p b 上的外围模块产生上e 确的选通信号。 a h b 系统包含四种模块：主设备( m a s t e r ) ，从设备( s l a v e ) ，仲裁：器( a r b i t e r ) 和译码：器( d e c o d e r ) 。 一次总线操作从总线的土设备通过发山地址、控制信号发起读写操作开始，到总线的从设备完成数 据传送而发出响应信号结束。在总线操作中，仲裁器保证在任何时候只有一个主设备发起操作，译 码器1 j 于对每次传输的地址进行译码。个系统中可以包括多个主设备和从设备但只允许包含一 个仲裁器和一个译码器。在总线操作中还包含一种特殊的操作成组( b u m t ) 操作。它可以用来 对地址递增的数据连续迸行操作。 基丁a m b a 总线协议构造测试访问机制的优点在于：( 1 ) 较低的附加面积以及相对简单的测试 拓展( 包括为了测试方便而在i c 管脚与被测模块间作的模块修故) ，同时缩短了测试访问的时间； ( 2 ) 适州丁包括a r m 核在内的多种i p 模块的功能测试；( 3 ) 可以集成其它诸如扫描测试利内建 自测试的测试方法来于结构澳4 试 1 6 1 。 e 东南人学岫i j 学位论奠 2 3a t p g 工具a t a l a n t a 简介 a t a l a n t a 1 7 是一款用于组合电路s t u c k a t 故障的a t p g1 ：具软件它运用f a n 算法来生成 测试久苗，运h j 并行父鼍单故障传递技术完成故障仿真，井通过反序压缩压缩算法平洗牌式压缩算 法来返剑对测试矢量集的乐缩，由弗古尼弧州立l ：学院( v p i & s u ) 电子计算机j 。群系布拉德利学 院开发完成。a t a l a n t a 已经被j 1 泛h 丁v l s i 测试、可测性没计方面的教学、科研。同时由丁该 软件易下理解、维护，所以不仅h j i 于a t p g 、故障模拟方面的研究，也片j 于内建自测试、故障诊断、 测试响应压缩等方面的研究。由丁a t a l a n t a 仅仅接受组合基准电路格式的电路，所以对丁 i s c a s 8 9 基准电路b e n c h 格式需要转换成不含寄存器的s c a n 格式，但问题是将所有的寄存器描述 为输入输山端口，会丢火部分信息。因此本文改进了a t a l a n t a 软什的电路提取部分，使之可以 处理i s c a s 8 9 基准电路b e n c h 格式的电路。本文在a t a l a n t a 软件的基础i - 自d a 了m c 扫描链优 化算法、m c a t p g 算法平a l i a s i n g 分析算法等。所有实验都是在国家专用集成电路系统掣技术 研究中一d 的s u n 服务器上完成的其中软件部分编译、调试：具分别是g c c 利g d b 。 a t a l a n t a 可蛆读入如i - 记录待测电路所有故障的故障列表式，譬如： e x a m p l e ：af a u i tl i s tf i l e g a t e _ a - g a t e _ b 1 g a t e _ a g a t e 里阳 g a t e _ a l g a t e - b 0 例中g a t e a 和g a t e _ b 为待测电路中的门电路，第一个故障g a t e a - g a t e _ b 1 表示存在于门g m e _ b 输入路径上，和i jg a t e _ a 相连的一端上的s t u c k - a t1 错误，周理，第二二个故障g a t e _ a - g a t eb 0 表 示存在于门g a t e _ b 输入路径上和门g a t e a 相连的一端上的s t u c k a t0 错误t 第一二和第四个故障分 别指的是存在丁门g a t e _ a 和门g a t cb 输出端路径上的错误。 a t a l a n t a 中测试矢鼙文什如f 例中所示： n a l t l eo f c i r c u i t ：c 1 7 l ：0 1 0 1 0 1 0 2 ：1 1 1 1 0 0 1 3 ：1 0 1 0 10 0 4 ：0 0 1 1 11 1 5 ：1 0 0 1 0 0 0 6 ：0 0 1 0 11 1 待测电路c 1 7 各条矢量的每一列元素对应着其网表中的每个输入或是输出端的值。 6 一 第三章基十多扫描链m u l t i c a p t u r e 的压缩算法 第3 章基于多扫描链m u jtj - c a p t u r e 的压缩算法 3 1m u l t i c a p t u r e 结构简介 传统的全扫描测试通过芯片输入输出加载测试数据、测试响应输出达到对i p 核的测试。但随着 s o c 芯片规模的增火，测试时间越来越k ，a t e 设备的测试数据存储量渐趋庞大；另一方面，随着 s o c 的速度越来越高，a t s p e e d 测试需要高速、高精度的a t e 测试设备，导致s o c 芯片测试成本变 得难以忍受。基r 多扫描链m u l t i c a p t u r e 结构的压缩算法降低了需要存储在a t e 设备中的测试数据 姑，并通过般测试时钟有效地缩短了测试时间，从而缓解了测试成本带米的压力。 住具有最小相芙度的多扫描链m u l t i c a p t u r e 结构( 以f 简称m c 结构) r f ，制试响声计不冉十妾 输出到a t e 设备进行响应比较。而是再反馈到扫描单元中以充当下条测试矢量多次反馈直到无 法侦测更多故障为止，此时再从a t e 设备中读取新的一条测试矢量。在m c 结构中，只需要在a t e 设各中存放了少量的“种子”矢量，通过将电路产生的响应作为新的矢量进行使用，从而大大减少 对a t e 设备的存储容量需求。但是，如果“简单地”( 比如随机地) 将“种子”矢量产生的响应反 馈到原扫描链中，可能会带来矢量的“退化”问题一即响应久姑相应的故障覆盖率降低。本文通过 构造具有最小相关度的扫描链结构和面向该扫描链结构的a t p g 生成算法，有效地解决r 矢昔“退 化”的问题，克服了节点相关性对测试数据量及测试覆盖率的影响。 3 1 1m u l t i - c a p t u r e 结构原理 m u l t i c a p t u r e 结构是一种将测试响应重新反馈到扫描单元中。通过内部响应复t e f j 为激励以侦测 故障的扫描链结构。多扫描链m u l t i c a p t u r e 结构如i 垫| 3 - 1 所示： 图3 - 1 多扫描链m u l t i - c a p t u r e 结构图 东南人学颂i 学位论文 、广l ， l_- ， i l 一 ，、 图3 - 2 多扫描链m u l t i - c a p t u r e 结构扫描时序图 在m u l t i c a p t u r e 结构中，来自于a t e 设备的一个测试矢量a v ( v e c t o r s f e t c h e d f r o m a t e ) 通过扫 描链移付加载到寄存器与输入端，在标准模式f 运行并产生测试响应。在传统扫描测试或者压缩方 式_ 卜t 响麻直接输出a t e 设备进行响应比较或者输出到m i s r ( m u l t i p l e - i n p u ts i g n a t u r er e g i s t e r s ) 进行响应压缩 1 8 】，在m c 结构中，这些响应数据r v ( r e s p o n s e sv e c t o r ) 还将被重新送入刨扫描单元 中作为p 一条测试激励，以便重复利用侦测出额外的故障。如图3 - 2 所示，虚线所示的扫描链表 示加载a v 的扫描链组织，实线所示的扫描链则表示加载r v 的扫描链。这样循环反馈，直到无法 测到新的故障为止。此时，可以从a t e 设备中加载新的a v 矢量，重复上述的操作过程。多扫描链 m u l t i c a p t u r e 结构扫描时序流程如图3 - 2 所示，在扫描使能信号s c a ne n a b l e 和反馈使能信号 r e f e l e c t 同时置高时，扫描输入端 加载a v 矢量，扫描过程结束后，在信_enable s c a ni ns c a ne n a b l e 号置低的一个时钟周期里，输出端捕获测试晌廊矢黉r v ，并且在紧接着的s c a ne n a b l e 返亓| 为高， 同时r e f l e c te n a b l e 保持为低的时钟周期里，将s c ：a r lo u t 端r v 矢量反馈到扫描单元中，循环利用作 为测试激励。这样的一组矢量( 包括一个a v 和多个r v s ) 只需从a t e 设备加载一个测试矢量，却 能够达到多个测试矢量的效果，大大节省了测试存储空间。同时由于a t e 测试时钟较慢，加载 条测试矢量需要较长时间可以通过利用p l l ( p h a s el o c k e dl o g i c ) 倍频后的片内高速时钟控制扫 描测试操作，达到快速完成上述m c 测试方法的目的，从而大大的节省了测试时间。所有这些操作 均由图3 - 1 中的m u l t i c a p t u r e 扫描控制模块控制。 3 1 2 相关性定义 j 话点n ? s m ( 节点篷输入1 输出0 - 寄存器r 的统穆) 的辐关性由公式( 3 一i ) 绘幽如果n ， n = = 1 ，表示n i 依赖于n i ：如果n 。n p = 0 ，表示n ts n i 无关。 n i , n i ) = 忙票鬣三苇篇篙票篡荔委籀黎嚣爹路径 公式( 3 i 沁 第三章基于多扫描链m u l t i c a p t u r e 的j 五缩算法 假如电路中还没有扫描链结构，如果把电路中所有节点之间的相关性j = | 有向幽的方式表示，就 有了如图3 3 所示的数据传输图，图中的：仃点i 表示输入端口，r 表示寄存器o 则表示输出端f 1 。 节点与h 点之间的有向边j i i j 表示了相关性关系。 幽3 - 3 寄存器间的数据传输图 定义2 m c 反馈节点 妞果在m c 跳试中将一个强a a 的捕获值反馈给书点b 鄹称 i 点a 是 ，点b 的m c 反馈n ，卉。 定义3 相关性反馈 如果( n in = 1 z z n j 依赖于n i 且将n j 的捕获值反馈绘n t 。鄂氓是n l f f f j m c 反馈- 节点。 巍称苗怠n l 、n i 形或7 相关性反馈否鼬就是无指关性反馈。 ：八t 一“r 卜h 嚣警 s j r v + _ 一 图3 4 相关性反馈结构示例图 如图3 - 4 中所示，图中扫描单元( c a p + u p d ) f 1 9 】通过并行输出端p 0 2 到扫描输入端s i l 的反 馈形成了相关性反馈。图中的实线为功能路径，虚线则表示扫描移位路彳簪。所谓相关性反馈是指功 能路径与移位路径一起构成r 时序反馈环。 定义5 自反馈 将 ! f 点臼身的捕获响矗值反馈给该节点就形或7 自反馈，即该节点的m c 反馈节点链其本身， 粤 东南人学碳i 学位论文 幽3 5 白反馈结构示例幽 显而易见，白反馈的相芙性是1 | 常人的，如| ! | 3 - 5 示例电路所示。剀示扫描单元的臼反馈将导致无 法史多的检测组合逻辑电路1 中的s t a c k a t 故障。 压珏，压卜母 怔艟一辟一圈 图3 - 6m c 洲试扫描链结构示例幽 如图3 - 6 所示，显然在m c 测试扫描链中，n j i 将其响应捕获值移位到了n ( j + 1 ) i 中t 即n j ，是n 叶i ) i 的m c 反馈节点。冈此n j i 和n 廿i ) i 是否构成了相关性反馈就要看n j i ，n 小 ，所有这些节点和 m c 反馈1 ，点之间的相关性荧系之平可以用来评价该m c 结构扫描链的相芙度。 定义6 m c 扫掐链相关度 m u l t i c a p t u r e 结构中手j 摇链相关凌可以由公式( 3 2 ) 获得。m c 竽j 箍链相关度r e l m h ，e 是籀m c 结 构中斫套书点和m c 反馈节点z 阀的相关性关系2 秘。当r e l a t i v e 达飘最，j 、时熟形成扫描链组织的 最，j 、相关瘦。 r e l a t i v e = je ( n 川n 。) 卜( v 。，n i , i ) i = l v i v i 公式( 3 2 l 3 2 多扫描链结构的构造 全扫描电路在测试时等价于个组合电路，因此传统的扫描链组织对测试覆盖率没有影响但 在m c 方法进行测试时，扫描链结构对f 测试覆盖率的影响较大。如果采用随机反馈的方式，由于 m c 扫描链结构的相关度太大，将会导致矢量“退化”的问题降低了测试故障覆盖率。而利朋晟 小相关度的m c 扫描链反馈测试响应，则会产生更加随机的激励矢最r v ，对于侦测新故障起到较 0 第_ 三章基十多扫描链m u l t i c a p t u r e 的压缩算法 | | 坐l 十l 如果( i + r ) 不是m 的倍数 厶喇2 1 l 墨j 雌洲数 毋毋舻嬲= 。母护舻缈 审相嘲i 小j 孵伊罔u 目卜? 乒；尹甲 啦即时佃母+ 母旰徊“坪即哥母岖玛咽羽 一却每则：枰译译串z 桫 一誓 南毒丑连卜涵、冀p 茜幽! 妇! 缸南 一咖卜固司h ! 卜叩、趣盛遥嘎掣掣1 y 刊 东南人学埘i 学位论义 一一；一= 一，、 弘近h 回题卜舡p 田3 固 ，“；，7 ，7 ，7 哪? jj ，jf j f芦。u 埘卦击女由：j 田卜! 、蛐 丑违 趋0 昏函 1 回砸 近h 匝卜姐h 母- 舡i ，7 ，吖，7j ? 7 ，7 ，7 拖糨llll1|，；| 学1 。芦 扫；扫过舟、扫；章d 妇 - 丑逾卜商0 p 油i 超卜回 图3 8 ( a ) l e n g t h r ，i 0 ( d ) l e n g t h r i 0 ) ) f a u l t = s e l e c t o n e f a u l t ( f a u l t l i s t