（计算机软件与理论专业论文）片上系统soc测试数据分组压缩方法的研究.pdf

片上系统s o c 测试数据分组压缩方法的研究 摘要 s o c 技术给v l s 的设计带来了一场革命，它大大提高了芯片的产量，显 著地缩短了芯片的开发周期。s o c 技术使得芯片的集成度和速度迅速提高，芯 片测试的复杂性和测试数据量随之激增，而另一方面自动测试设备的带宽却非 常有限，导致s o c 的测试时间过长，测试成本急剧上升，s o c 测试面临着严峻 的挑战。 目前解决这类问题的一种有效技术为s o c 测试源划分。测试源划分技术主 要分为三类：测试集生成算法压缩、b i s t 和测试数据编码压缩技术。本论文主 要研究的对象为测试数据编码压缩技术。 由于对确定位分布不平衡的多扫描链测试集使用模式相容压缩的效果不理 想。对此问题，本文提出了基于多扫描链结构的分组标准向量差分压缩方法， 该方法把测试集按多扫描链结构排列后，根据测试向量之间褶同的内部模式相 容关系将测试集划分为若干组，再分别对各组进行模式相容压缩。接着转置测 试模式，使用标准向量差分方法实现测试模式的差分，再用距离标记游程编码 对差分序列进行编码压缩，获得了比f d r 编码更高的压缩率，同时测试模式差 分时所用的c s r 数量大大低于f d r 编码。 随后本文提出测试数据分组字典统计编码方法。该方法将测试向量以固定 长度划分为若干个数据字段，依次把各测试向量中位置次序相同的数据字段划 分为一组，再分别统计各组内数据字段的出现频率，运用分组字典统计编码实 现压缩，此方法中字典索引分为组数号和组内索引两部分，组数号由解压电路 的组数计数器自动生成，从而有效地降低了字典索引的平均长度，得到优于 f d r 编码和h u f f m a n 选择编码的压缩率，而且该方法解压电路的结构比较简单。 为了降低分组字典统计编码方法中字典的数据量，本文提出了区域分组字 典统计编码。该方法先将每个测试向量以定长度划分为多个数据字段，然后把 各测试向量中连续若于个位置次序相同的字段都划分为一个区域，对区域内的 数据字段使用字典统计编码实现压缩。该方法是对分组字典统计编码的改进， 它在保持数据压缩率不低于f d r 编码的同时，减少了字典中的数据量，解压电 路的硬件开销被明显降低。 关键词：s o c ；测试数据压缩；分组相容压缩；标准向量差分；分组统计编码 r e s e a r c ho nt e s td a t ap a r t i t i o nc o m p r e s s i o no f s y s t e m - o n - c h i p a b s t r a c t t h et e c h n i q u eo fs e eb r i n g sar e v o l u t i o nt ot h ed e s i g no ft h ev l s i s i n c et h e c h i pd e s i g nc y c l ei sg r e a t l ys h o r t t e d ，t h eo u t p u ti n c r e a s e sc o r r e s p o n d i n g l y d u et o t h es o ct h ei n t e g r i t ya n dt h ev e l o c i t yo ft h ec h i pi n c r e a s er a p i d l y , o nt h eo t h e rh a n d ， t h eb a n do ft h ea t ei sl i m i t e d ，s u c hw eh a v et os p e n dm u c ht i m eo nt h et e s to ft h e s o c ，t h et e s tc o s ti n c r e a s e sl a r g e l y s oag r e a tc h a n l l e n g ei sp r e s e n t e di nt h es o c t e s t p r e s e n t l y , t e s tr e s o u r c ep a r t i t i o n i n gf o rs o co f f e r sap r o m i s i n gs o l u t i o nt o t h e s ep r o b l e m s t h e r ea r em a i n l yt h r e ek i n d so ft h et e s tr e s o u r c ep a r t i t i o n t e c h n i q u e ：t e s ts e tc o m p a c t i o n ，b u i l t - i ns e l ft e s ta n dt e s td a t ac o m p r e s s i o n t e s t d a t ac o m p r e s s i o ni sam a j o rr e s e a r c hi nt h i st h e s i s d u et ot h eu n b a l a n c e dd i s t r i b u t i o no ft h ed e t e r m i n i s t i cb i t si nt h et e s ts e t 。t h e e f f e c t i v e n e s so ft h ec o m p a t i b l e c o m p r e s s i o ni si m p a i r e ds e r i o u s l y f i r s t l y , a c o m p r e s s i o na l g o r i t h mo fg r o u p e ds t a n d a r dv e c t o rd i f f e r e n c ef o rt e s ts e tb a s e do n m u l t i p l es c a nc h a i n si sp r o p o s e d t h et e s ts e ti sf o r m a t t e da c c o r d i n gt ot h em u l t i p l e s c a nc h a i n s ，a n dt h e ni ti sd i v i d e di n t os e v e r a lg r o u p sb yt h es g n l ec o m p a t i b l e r e l a t i o n so ft e s tv e c t o ri n n e rp a t t e n s a n dt h ec o n s i s t e n t c o m p r e s s i o n sa r e i m p l e m e n t e di ne a r c hg r o u p n e x t ，t h er e s u l t sa r er e a r r a n g e da n dt h ed i f f e r e n c e s v e c t o r sa r ea b t a i n e db ys t a n d a r dv e c t o rd i f f e r e n c em e t h b d f i n a l l y ，t h ed i f f e r e n c e s v e c t o r sw e r ec o m p r e s s e du s i n gt h ed i s t a n c e m a r k i n gr u n l e n g t hc o d e t h e p r o p o s e d m e t h o dp r o v i d e sb e t t e rc o m p r e s s i o nt h a nf d rc o d e si na l lc a s e s a tt h es a m et i m e t h en u m b e ro fc s rn e e d e df o rt e s tv e c t o r sd i f f e r e n c ei sm u c hs m a l l e rt h a nt h a to f f d r a f t e rt h a t ，ad i c t i o n a r y - b a s e dt e s td a t ap a r t i t i o nc o m p r e s s i o na l g o r i t h mi s p r e s e n t e d i nt h i sm e t h o d ，t h et e s tv e c t o r sa r ep a r t i t i o n e di n t os e v e r a lf i x e d l e n g t h b l o c k sa n dt h eb l o c k sc o r r e s p o n d i n gt ot h es a m ep o s i t i o ni ne a c hv e c t o ra r e g r o u p e dt o g e t h e r , e a c hg r o u p i s f r e q u e n c y - d i r e c t e d e n c o d e d u s i n g t h e d i c t i o n a r y - b a s e da l g o r i t h m f o r c o m p r e s s i o n t h ei n d e xo ft h ed i c t i o n a r yi s c o m p o s e do ft w op a r t s ：g r o u pn u m b e ra n di n n e rg r o u pi n d e x ，a n dt h eg r o u p n u m b e r sa r eg e n e r a t e da u t o m a t i c l yb yt h eg r o u pc o u n t e rw i t h i nd e c o m p r e s s i o n a r c h i t e c t u r e t h ea v e r a g el e n g t ho ft h ed i c t i o n a r yi n d e xi ss h o r t e ne f f e c t i v e l y t h e c o m p r e s s i o nr a t i oo b t a i n e df r o mt h i sm e t h o do u t p e r f o r m st h ef d rc o d ea n d s e l e c t i v eh u f f m a nc o d e ，a n df u r t h e r m o r e ，t h ed e c o m p r e s s i o na r c h i t e c t u r eo ft h i s m e t h o di ss i m p l e rt h a no t h e r s 。 f i n a l l y , i no r d e rt or e d u c et h ed a t ev o l u m eo fd i c t i o n a r y , ad i c t i o n a r y - b a s e d m e t h o do ft e s td a t ap a r t i t i o ns t a t i s t i cc o d i n gi sp r o p o s e d a tf i r s t ，t h et e s tv e c t o r s a r ep a r t i t i o n e di n t os e v e r a ld a t ab l o c k sw i t hf i x e d - i e n g t h ，a n dt h e ns e v e r a i s u c c e s s i v eb l o c k sw i t ht h es a m ep o s i t i o ni ne a c hv e c t o ra r eg r o u p e d ，f i n a l l ye a c h b l o c ki se n c o d e du s i n gt h e d i c t i o n a r y - b a s e d s t a t i s t i c c o d i n ga l g o r i t h m f o r c o m p r e s s i o n t h i sm e t h o di sa ni m p r o v e m e n tt ot h em e t h o do fd i c t i o n a r y - b a s e dt e s t d a t ap a r t i t i o nc o m p r e s s i o n t h ec o m p r e s s i o nr a t i oo b t a i n e df r o mt h i sm e t h o di s h i g h e rt h a nt h a to ff d r t h ed a t av o l u m eo fd i c t i o n a r yi so b v i o u s l yr e d u c e da n d t h eo v e r h e a do fd e c o m p r e s s i o na r c h i t e c t u r ei sd e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y k e y w o r d s ：s y s t e m - o n - a - c h i p ；t e s t d a t a c o m p r e s s i o n ；p a r t i t i o n c o n s i s t e n t c o m p r e s s i o n ；s t a n d a r dv e c t o rd i f f e r e n c e ；p a r t i t i o ns t a t i s t i cc o d i n g i l l 插图清单 图2 1 s o c 测试的过程一7 图2 2 测试在v l s i 实现过程中的分布7 图2 - 3b i s t 测试过程。1 3 图2 4 标准l f s r 1 4 图2 - 5 测试数据压缩技术的测试过程1 6 图2 6 由测试字段生成的h u f f r n a n 树1 7 图2 - 7 由选择字段生成的h 埘睡她选择树1 8 图2 89 值编码举例1 8 图2 - 9g o l o m b 编码举例 图2 - 1 0f d r 码举例2 l 图2 1 l 测试集差分解压的结构图2 l 图2 1 2s o c 的多扫描链测试结构2 2 图3 一l 基于多扫描链的分组模式相容压缩举例2 5 图3 - 2 测试向量的相同内部相容关系图2 6 图3 3 多扫描链相容压缩的解压结构2 7 图3 4 标准向量差分方法举例2 8 图3 5 距离标记游程编码举例。2 9 图3 - 6 可变长度的c s r 电路图3 0 图3 7 多扫描链分组标准向量差分法的解压电路图。3 0 图4 - l 测试数据分组划分方法的举例。3 5 图4 2 数据字段分组字典统计编码的举例3 7 图4 3 数据字段之间的相容关系图3 8 图4 4 由被选择测试字段生成的h u i f r n a n 树3 8 图4 - 5 分组字典统计编码的解压电路结构图。4 0 图4 - 6 测试数据区域分组划分的举例4 l 图4 7 测试字段长度与压缩率之间的关系4 3 表格清单 表2 1 四位折叠计数器的生成时序 表2 2 分段后的原始测试数据 11 ； 1 7 表2 - 3 基于统计方法的h u i f r n a n 和s e l e c t i v eh u f f m a n 编码1 7 表2 49 值编码的码表1 3 表2 5g o l o m b 编码的码表1 9 表2 - 6f d r 编码的码表2 0 表3 1 各向量内部测试模式的相容关系 表3 2 基于不同扫描链的测试数据压缩结果t e 。 表3 3 基于不同扫描链的向量差分所需c s r 长度及r o m 数据量3 2 表3 - 4 基于不同扫描链的解压电路面积。3 2 表4 1 分组字典统计编码与f d r 码等对m i n t e s t 测试集的压缩结果。4 2 表4 2 区域分组字典统计编码与f d r 码等对m i n t e s t 测试集的压缩结果4 3 表禾3 分组字典统计编码与混合码对硬故障测试集的压缩结果4 4 表4 4 区域分组字典统计编码与混合码对硬故障测试集的压缩结果。4 4 v m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论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 金篷王丝太堂 或其他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谢 意。 学位论文作者签名：确理辫 签字日期：订年角i f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金8 b 王些态堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权金世 王些盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：z 封珏j 坶 导师签名： 签字日期：a 川年月1 1 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位； 通讯地址： 辫国 f 签字日期：a 扩埠月1 2 日 电话： 邮编： 致谢 在我攻读硕士学位的三年里，导师梁华国教授在学术研究上给予我众多极 具价值的指导和无私的帮助，粱老师亲手教会我研究学术的方法，帮我树立起 严谨、创新的学术思维，使我从最初对学术研究的一无所知，到如今具备独立 的学术研究能力。导师严谨的治学态度、敏锐的创新思维和勤奋的工作作风， 必将使我今后的学习和研究受益匪浅。梁老师在生活也上给予我们无微不至的 关怀，他亲切关怀我的学习情况，热情解决我的生活困难。在此，我谨向我的 导师表示最诚挚的敬意和由衷的感谢! 同时，我要深深地感谢张磊、刘军、李扬和肖祝红等同学，与他们在学术 领域展开的良好合作和融洽交流，开阔了我的研究思路，激发了我的创新思想， 绘我的研究工作带来巨大的帮助。 感激我的家人给予我的关爱、鼓励、支持和无私的付出，你们是我精神上 最强大的支柱，克服重重艰难险阻的源泉，人生征途中永远前进的动力l 此外，我还要感谢合肥工业大学计算机与信息学院的各位老师和院系领导 对我的支持和帮助。 i v 作者：陶珏辉 2 0 0 7 年5 月 1 1 课题的研究背景及意义 1 1 1 研究背景 第一章绪论 随着超大规模集成电路( v e r yl a r g es c a l ei n t e g r a t i o n ，v l s i ) 产业的迅速发 展和芯片集成度的不断提高，v l s i 设计技术已经跨入了片上系统 ( s y s t e m o n c h i p ，s o c ) 的时代，各种预先设计并已验证过的i p ( i n t e l l e c t u a l p r o p e r t y ) 核被集成到单个芯片之上，由此产生了新兴的系统芯片一s o c 。 片上系统s o c 是在单一硅片上集成了微处理器或微控制器、存储器以及其 他专用功能逻辑，并广泛使用i p ( i n t e l l e c t u a lp r o p e r t y ) 核而使整个系统得以快速 开发的完整系统。它具备如下特征；实现复杂系统功能的v l s i ( 超大规模集成 电路) ；采用超深亚微米工艺技术，使用一个或数个嵌入式数字信号处理器 ( d s p ) ；具有对外部芯片进行编程的功能，主要采用第三方的i p 核进行设计。 s o c 技术为集成电路的设计带来了很多优点，它大大提高了芯片的产量， 显著缩短了芯片开发周期，加快了产品上市时间。但同对s o c 技术使得芯片集 成度迅速提高，测试复杂性和测试数据量随之激增；芯片时钟频率快速增长， 以致测试所需的自动测试设备a t e ( a u t o m a t i ct e s te q u i p m e n t ) 其价格令人无法 接受；由于s o c 大量重用第三方i p 核，对于不同i p 复用核的测试进一步增加 了测试的复杂性和多样性，主要体现以下3 个方面： 1 随着s o c 技术的发展，芯片的面积尺寸逐年缩小，导致晶体管密度以每 年2 2 1 的速度递增【l 】，微处理器芯片中晶体管数量以每年4 4 的速度增加， 几乎每两年增长一倍，这就是著名的摩尔定律f 2 】。集成电路的测试复杂度( 测 试模式长度和宽度以及所能达到的测试故障覆盖率) 与系统内部的逻辑电路环 路长度、环路数量以及环路嵌套级数成正比。随着s o c 电路内部环路长度、数 量的增加，环路嵌套级数的增长，s o c 的测试复杂度和测试难度呈指数性地飞 涨p j 。运用传统测试方法对s o c 测试变得难以介入，测试引脚对芯片内部模块 ( 特别是嵌入式模块) 的访问难度变大，另外测试向量的长度和数量随芯片的 主输入管脚数和触发器数目迅速增加。随着电路运行速度和晶体管密度的增加， 芯片的功耗也相应大大增加，容易导致功耗过而烧毁芯片。 2 如今v l s i 技术已经发展到可以在单芯片上集成l 亿个晶体管，同时时 钟频率达到l g h z 。对于固定故障的测试，已经证实在电路的正常工作频率下， 测试效果远比在较低的时钟频率下好。由于芯片时钟频率的不断提升，这要求 a t e 的工作频率必须与被铡电路( c i r c u i tu n d e rt e s t ，c u t ) 相同或者更快，而高 速a t e 的价格非常高，在2 0 0 0 年时钟频率达到1 g h z 的a t e 其每个引脚就高 达3 0 0 0 美元，测试费用相当昂贵【l 】。目前世界上很多工厂安装的测试设备只能 工作在1 0 0 m h z 下，而现在许多芯片的时钟频率已经达到或超过1 g h z 。 3 s o c 中对i p 核的重用所带来的i p 核测试问题也急需解决。由于目前多 方提供的嵌入式l p 核的可测性设计缺乏统一标准，i p 核集成时必须对复用核 进行测试设计，而测试设计的费用约占总成本的1 3 以上【4 】。另外，为了降低 芯片成本和提高运行速度，单芯片上集成了众多的数字和模拟电路，但是混合 电路给测试带来了更多的问题。 测试是v l s i 设计中费用最高、难度最大的一个环节，高速度、高集成度的 s o c 设计使得芯片的测试时间过长，测试成本剧增。市场越来越要求产品的低 成本和上市时间，这对产品的测试时闻和测试成本提出了更高的要求，s o c 测 试正面稿着越来越严峻的挑战。 1 1 2 研究意义 集成电路产业是衡量国家综合实力的重要支柱性产业，这个庞大的产业主 要由集成电路设计、芯片制造、封装和测试为主体结构，而集成电路测试是唯 一贯穿整个集成电路生产和应用全过程的产业1 5 】。2 1 世纪将是s o c 技术飞速全 面发展的新世纪，准确可靠的芯片测试可以保证已出厂的芯片在实际生产、生 活中稳定安全地运行。提高对s o c 芯片的测试能力，可以促进我国s a c 芯片产 业的快速发展。另外从国家安全的角度出发，由我国自主研发生产芯片十分必 要，如果我国要开发拥有知识产权的高质量系统芯片，就必须解决好s o c 的测 试问题。 然而我国现阶段对s o c 的测试却是集成电路产业中一个相当薄弱、落后的 环节，为了让我国能紧紧跟上国际微电子技术发展的步伐，不使s o c 测试成为 制约我国s o c 产业发展的瓶颈，大力开展s o c 测试领域内相关理论和方法的研 究，对于我国国民经济和现代化国防建设都具有十分重要的意义。 随着集成电路技术的飞速发展，片上芯片s o c 的集成度日益提高，越来越 大的系统芯片测试数据量不仅给传统a t e 的存储器和带宽带来了严峻挑战，以 致测试成本急剧上升，而且耗费了大量的测试时闻。如何通过测试数据压缩技 术使得实施测试变得简单、减少测试生成和实施对闻、降低测试成本，这是本 课题研究测试数据压缩技术的根本目的。 本课题对片上系统s o c 的测试数据压缩问题进行研究，以期获得一种压缩 效率高，解压结构简单的测试数据压缩编码方法，并以此达到加速测试过程、 减少s o c 测试成本的目的。 1 2 国内外研究现状 目前对s o c 测试数据的压缩主要采用测试源划分( t e s tr e s o u r c ep a r t i t i o n ， 2 t r p ) 技术【6 1 ，它是将一部分测试源从a t e 移至c u t 内部。t r p 技术主要分为 三类：测试集生成算法压缩，内建自测试( b u i l t - i ns e l ft e s t ，b i s t ) 和测试数据 编码压缩方法。 1 测试集生成算法压缩 1 7 , 8 , 9 1 0 j 。通过对自动测试模式生成算法( a u t ot e s t p a t t e r ng e n e r a t i o n ，a t p g ) 生成的含有大量无关位的测试立方进行动态或静态 的压缩，达到减少测试数据量的目的。测试集生成算法压缩分为静态压缩i l l 和 动态压缩 7 - t o l ，具有相当高的压缩率，不需要任何额外的硬件开销。静态压缩 是跟据测试模式相容性定义进行模式相容压缩，以减少测试模式数目而动态 压缩是利用a t p g 算法和用逻辑门描述的电路网表，对已生成的测试模式无关 位赋值，然后进行故障模拟，当故障覆盖率达到1 0 0 时，舍弃剩余的测试模 式，从而减少了测试模式数。由于测试集生成算法压缩减少了测试模式数量， 可能造成一些不能被模拟的故障无法检测到。 2 内建自测试【 3 0 1 。b i s t 是在c u t 内部建立测试生成、施加、分析和 测试控制结构，使得电路能够实现自测试。根据b i s t 的测试模式生成器( t e s t p a t t e r ng e n e r a t i o n 。t p g ) 生成测试模式的方式，可以将b i s t 分为穷举测试 1 3 1 4 , 1 5 1 、伪随机测试 1 6 , 1 7 l 、加权随机测试 1 8 , 1 9 1 、硬件确定性测试【2 0 , 2 t , 2 2 j 以及混 合模式测试【2 3 - 3 1 1 等方法。其中伪随机以及混合模式之类的测试方法都需要使用 线形反馈移位寄存器( l i n e rf e e d b a c ks h i f tr e g i s t e r , l f s r ) 生成伪随机测试序 列，完成易测性故障的检测。k o e n e m a n n1 2 4 1 提出了l f s r 编码技术，大大降低 了t p g 的硬件开销以及c u t 的测试时间，随后h e l l e b r a n d1 2 5 2 6 等人提出基于 l f s r 的多多项式重播种方法。b i s t 中的t p g 除了常用的l f s r 之外，还包括 导师梁华国提出的折叠计数器 2 8 2 9 , 3 0 1 和c h a k r a b a r t y 提出的钮环计数器【3 1 1 。 b i s t 使得c u t 的测试不依赖于昂费的a t e 设备，测试成本大大降低。并 且它支持测试重用和快速测试，可以对c u t 实现多次测试。还可以保护i p 核 的知识产权。虽然b i s t 硬件开销低，但是伪随机测试序列的生成需要耗费大 量的测试时间；另外实现b i s t 需要c u t 自身支持b i s t 技术，但目前很多c u t 并不支持b i s t ，对这些芯片采用b i s t 会导致测试成本高且测试复杂。因此目 前b i s t 仅广泛地应用于存储器测试，而对于芯片的逻辑测试其应用并不普遍。 3 测试数据编码压缩方法 3 5 - 4 4 , 4 6 , 4 8 , 4 9 l 。该方法将芯核供应商提供的测试集 t d 压缩( 编码) 成一个更小的测试集t e ，并把它存储于a t e 的存储器中。测试 时，由芯片上解码电路把t e 解码成t d 后再实行测试。测试数据编码压缩按照 编码的原理可分为统计编码和游程编码两大类：统计编码中具有代表性的方法 为统计码【3 6 l 、h u f f m a n 选择码【3 7 1 以及9 值编码 3 8 , 3 9 1 等；而游程编码方法包括 g o l o m b 码【4 们、f d r 码f 4 、交替游程码 4 2 , 4 3 】以及p r l 编码【4 4 i 等等。n a t o u b a 等人提出了测试向量的差分技术 4 5 1 ，它是将原测试集t d 经差分得到差分测试 集t d l f f ，然后使用游程编码进行压缩。解压时对乃盼运用循环移位寄存器 ( c y c l i c a ls c a nr e g i s t e r , c s r ) 再次差分，还原为t d 。一种基于c u t 多扫描链相 容压缩的技术【l l l 是属于可测试设计( d e s i g nf o r t e s t ，d f t ) 的范畴，它运用多扫描 链测试模式的相容压缩达到减少测试数据量的目的。 编码压缩技术所用测试集t d 其测试模式数量较少，测试时间相对b i s t 更 短；并且它不需要测试模式生成电路和响应压缩分析电路，其解压电路的成本 低于b i s t ；对于不支持b i s t 的c u t 也可实现测试，具有广泛的应用性。缺 点是测试时需要a t e 设备 1 3 课题来源、研究内容及创新点 本课题研究受到国家自然科学基金重大研究计划( 9 0 4 0 7 0 0 8 ) 、国家自然科 学基金重点项目( 6 0 6 3 3 0 6 0 ) 和安徽省自然科学基金( 0 5 0 4 2 0 1 0 3 ) 的资助。 对于s o c 测试数据量激增的问题，测试数据压缩编码是解决此问题的有效 途径之一。本论文首先研究的对象是基于多扫描链结构的c u t 的测试集，由于 对确定位分布不平衡的多扫描链测试集进行模式压缩，其相容压缩效果不理想。 本文提出了多扫描链测试集的分组标准向量差分压缩方法，对于确定位分布不 平衡的测试集也可获得高于f d r 码的压缩率，并且向量差分时所需c s r 数目 也比f d r 码的少。 本论文随后对统计编码方法展开研究，提出测试数据分组字典统计编码压 缩方法。该方法中字典索引分为组数号和组内索引两部分，组数号由解压电路 的组数计数器自动生成，从而显著地减少了字典索引的数据量。测试数据分组 字典统计编码获得的压缩率高于f d r 编码和h u f f m a n 选择编码，同时其解压电 路的结构比较简单。对于各类测试集都取得了相当好的压缩效果。 为了降低字典中的数据量，本文又提出了一种改进的分组编码方法，即区 域分组字典统计编码。该方法不仅保持了高于f d r 的压缩率，而且使得字典中 数据量大大减少，解压电路的硬件开销降低。此方法的解压结构也比较简单， 对于各类集测试的压缩率都较高。 在本论文研究的上述几个方法中，主要存在以下4 点贡献： 1 对于确定位分布不平衡的测试集采用测试模式分组相容压缩的方法，使 得相容压缩率大大提高。该方法首先找出每个测试向量内部各行模式之问的相 容关系，然后根据各向量之间相同的内部模式相容关系将测试集划分为若干个 组，进而对分组进行测试模式相容压缩。 2 提出了标准向量差分方法，使得向量差分时所需c s r 数量很少该方 法选择某个测试模式为标准向量。其他向量均与之逐位“异或”操作，得到差 分序列，再采用距离标记游程编码对差分序列进行压缩。标准向量数据被保存 于r o m 中，解压时分批读取数据到很短的c s r 上完成解压。 3 提出了分组字典统计编码压缩方法。该方法首先将测试向量等分为若干 4 个定长度的字段，然后依次把各测试向量中位置次序相同的数据字段划分为一 组，再分别统计各组内数据字段的出现频率，运用分组字典统计编码实现压缩。 本方法中字典索引分为组数号和组内索引两部分，组数号由解压电路的组数计 数器自动生成。 4 随后提出了区域分组字典统计编码。此方法将每个测试向量以定长度划 分为多个数据字段后，把各测试向量中连续若干个位置次序相同的数据字段都 归划为一个区域，对区域内的数据字段使用字典统计编码实现压缩，使得字典 中的数据量减少，解压硬件开销降低。 1 4 本论文各章节安捧 第一章绪论 本章介绍了s o c 测试数据压缩技术产生的背景和研究意义，接着介绍该技 术在国内外的研究现状以及方法分类，最后给出本文研究内容和课题来源。 第二章s o c 测试概述及测试数据压缩 本章概括地介绍了s o c 测试的目的、过程以及分类。随后给出被测电路各 种测试模式生成算法的简介。最后介绍测试数据压缩技术，包括测试集生成压 缩，b i s t 和测试数据编码压缩。 第三章多扫描链测试集的分组标准向量压缩方法 对确定位分布不平衡的测试集使用模式相容压缩，其压缩效果不理想。为 了解决此问题，本章提出了测试集分组标准向量差分压缩方法。在详细描述了 测试集分组算法和标准向量差分算法之后，给出了该方法的解压电路和解压流 程，最后给出实验结果。 第四章测试数据分组字典统计编码压缩方法 本章提出了测试数据分组字典统计编码压缩方法，在该方法中字典索引的 组数号自动生成。在详细描述了测试数据分组方式和字典统计编码算法之后， 给出了该方法的解压电路和解压流程，最后给出实验结果。为了减少字典中的 数据量，本章随后提出了区域分组字典统计编码，并给出相应的实验结果。 第五章总结与展望 总结本论文提出的各种压缩方法，并给出各方法的创新点。同时展望今后 进一步的研究工作。 5 第二章s o c 测试概述及测试数据压缩 2 is o c 测试概述 2 1 1 什么是s o c 测试 测试是一个实验过程，在此过程中运行被测系统并分析它的相应结果，以 此判断该系统是否正确地运转【5 】。若检测到不正确的行为，测试实验的第二个 基的是诊断或定位导致不正确行为的原因，对失效芯片进行失效模式分析 ( f a i l u r em o d ea n a l y s i s ，f m a ) a s o c 测试是制造s o c 的一部分，以确保s o c 物理芯片从内核或i p 模块的 整合、综合、集成直到制造( 含封装) 毫无缺陷。微系统芯片( 或i p 模块) 测 试是对集成( 或包装) 起来的电路或模块迸行检测，它是通过测量系统芯片的 输出响应与预期输出做比较。以确定或评估s o c 产品的功能和性能的过程，是 验证设计、监控生产、保证质量、分析失效以及指导应用的重要手段。 芯片电路测试是指将已知的输入激励施加到已知状态的单元中，然后把来 自电路的响应同已知的预期响应作比较评估。s o c 测试不仅仅指用a t e 对产品 进行测量，而是指对设计和制造的电路进行测试分析、开发和施加的一系列过 程，包括电路建模、测试模式生成、测试输入激励和测试响应分析的整个过程。 2 1 2s o c 测试目的及测试过程 芯片测试的作用不仅仅是检测芯片中由于制造过程而引入的缺陷，还可以 提供制造过程和设计方案方面的信息，有助于提高成品和检测出设计方面的问 题。s o c 测试是检测芯片是否存在如下问题【l 】：( 1 ) 测试本身存在错误；( 2 ) 加工 过程有问题；( 3 ) 设计不正确：( 4 ) 产品规范有问题。另外s o c 诊断是要发现哪 里有问题，哪方面需要调整。如果测试过程正确而产品没通过测试，则有理由 怀疑制造过程、测试或者规范的问题。 测试的正确性和有效性对产品的品质非常重要。测试的价值在于品质和经 济性。品质意味着用最小的成本满足用户的需要。好的测试过程可以将所有不 合格产品挡在到达用户手中之前，以免造成更大的经济损失。缺陷检测、质量 等级测定以及客户要求的产品质量保证，这些都依赖着s o c 的测试。 s o c 测试一般过程是【4 】：建立描述电路“好”或“坏”的模型；设计出能 检验电路好坏的测试数据；把设计好的数据加在被检验的电路上；观察被检测 电路的输出结果；最后分析与理想的结果是否一致。被测试的电路称为c u t ； 对被测电路产生铡试数据的方法和过程称为测试生成( t e s tg e n e r a t i o n ) ：产生的 测试数据称为铡试模式( t e s tp a t t e r n ) ；把测试模式施加到c u t 的过程称为测试 6 施( t e s ta p p l i c a t i o n ) ：测试模式施加后被测电路的输出称为测试响( t e s t r e s p o n s e ) ；检查电路实际的测试响应与理想的测试响应是否一致的过程称为测 试分析( t e s tr e s p o n s ea n a l y s i s ) 。整个芯片的测试过程如图2 - 1 所示：先通过测试 生成算法生成测试模式，然后把测试模式施加到c u t 上，产生测试响应输出， 再把响应压缩，与无故障芯片的正确响应进行比较，最后得出c u t 的测试结果。 测试结果 图2 - 1s o c 测试的过程 用户 审核 审核 设计验证 过程测试 和f m a 好的芯片提交用尸 图2 - 2 测试在v l s i 实现过程中的分布 s o c 测试涉及到设计、测试和生产的各个过程【1 1 ，图2 2 所示的是测试在 v l s i 实现各个过程中的分布。虚线对应着每一级测试，需求和规范的测试被称 为审核，设计测试中的测试被称为设计验证，而加工制造中的测试被称为产品 测试。设计验证是一个测试和设计的交互过程，其内容包括进行调试、提高成 品率和进行失效分析，从而找到特定错误或者得到被测芯片全面特性。而产品 测试中，测试工程师使用最快的方法来检测芯片的制造缺陷，以检测出产品制 造的正确与否。 2 1 3s o c 测试分类 根据s o c 测试的具体目的，可以分为【5 l ；特性测试、产品测试、老化测试 以及入厂测试。 ( i ) 特性测试也被称为设计调试或者验证测试，此类测试是在新的设计进 入量产阶段之前进行的，其目的是验证这个设计是否正确，是否满足规范中的 所有要求。测试项目非常全面，包括功能测试、交流和直流参数测试等，可能 需要对芯片内部节点进行探测。 ( 2 ) 产品测试在产品测试中通过的芯片必须满足质量规范要求，为了降低 测试成本，产品测试在保证故障覆盖率的前提下，通常使用尽可能小的测试集， 以减少测试时间。产品测试过程不会进行故障诊断，仅仅判断产品或者不合格。 ( 3 ) 老化测试目的是保证被测器件使用的可靠性，即在一段时间内，进行 持续性的或者周期性的测试，使得有问题的器件在这段时间内失效。 ( 4 ) 入厂测试系统制造商在系统集成之前，需要对所购买的器件进行入厂 测试。测试可能与生产测试相似，或者比生产测试更全面，甚至在特定的应用 系统中测试。此类测试主要目的是避免将有缺陷的器件放入系统之中 根据s o c 测试的内容，可以分为参数测试、功能测试和结构测试。 ( 1 ) 参数测试测试a c 、d c 、c m 0 8 、t t l 等各个工艺参数指标，对数字、 模拟电路中各参数系定义的每个参数完成准确的测试。 ( 2 ) 功能测试由输入向量和对应的输出响应组成，检验芯片内部结构是否 实现了设计方案所要求的正确操作。功能测试对逻辑电路的模型化故障有很高 的测试覆盖率。功能矢量被看作是验证矢量，用来验证c u t 是否符合需求规范。 ( 3 ) 结构测试在c u t 的输出端观测信号的变化，根据电路的内部结构( 门 类型、互连和网表) ，以各故障模型为核心，推算出内部节点的状态和缺陷，用 来验证芯片内部门级电路的正确性 2 2 测试模式生成 2 2 1 测试生成简介 测试生成( t e s tg e n e r a t i o n ) 是对电路的给定故障生成测