一種系統(tǒng)芯片的功能測試方法

一個正確的電路設(shè)計拿到工廠去制造，并不可能百分之百的正確地制造出來?？倳艿椒N種不確定性的影響，比如制造機器的偏差、環(huán)境干擾、硅片的質(zhì)量不一致甚至是一些人為的失誤等等方面的影響，生產(chǎn)出的產(chǎn)品并不全都是完好的。如果芯片存在有故障，這樣的芯片是絕對不允許流入市場中的。那么如何檢驗出有制造缺陷的芯片，這就屬于測試的范疇。在深亞微米階段，線寬非常精細，工序數(shù)量又多，更加容易受到干擾的影響，制造故障變得尤其明顯。所以必須加大測試的力度，盡可能地減少次品流人市場的幾率。

下面將通過設(shè)計一個系統(tǒng)芯片――“成電之芯”的功能測試平臺來具體介紹實現(xiàn)系統(tǒng)芯片功能測試的方法。

2 評估測試需求

在進行功能測試和選用必要的工具之前，應(yīng)該審定系統(tǒng)芯片測試的基本要求，并明確解決如下4個問題閉：1)哪些是必須的基本測試能力；2)怎樣觀察對測試序列的響應(yīng)；3)測試平臺需要多高的靈活性；4)需要多少經(jīng)費和時間。

對基本測試平臺能力[3]的評估應(yīng)該包括：1)所需的激勵時鐘速度；2)所需的激勵通道數(shù)；3)輸入的電壓標(biāo)準(zhǔn)；4)測試序列的長度。

“成電之芯”是一款0.18μm工藝、內(nèi)嵌DSP核的730萬門SoC，面積31mm31mm，PBGA609封裝，它的硬件部分主要實現(xiàn)脈沖壓縮、動目標(biāo)顯示(MTI)、動目標(biāo)檢測(MTD)、求模取對數(shù)等算法，其中脈沖壓縮比最大可做到1024，MTD濾波通道數(shù)最大為256，每個通道的濾波器階數(shù)最大為256，每個相參處理間隔的數(shù)據(jù)量最大為2M深度，MTI濾波最多可做16脈沖對消，根據(jù)雷達整機系統(tǒng)需求，上述參數(shù)可靈活調(diào)節(jié)，通過DSP核，可用軟件實現(xiàn)其它各類數(shù)字信號處理算法(如CFAR等)。芯片的內(nèi)部處理速度最快160MHz，外部I／O速率范圍為1～80MHz。芯片I／O電平為LVTTI電平。該芯片的數(shù)據(jù)流框圖如圖1所示。

圖1中，實線區(qū)域為芯片內(nèi)部各模塊，虛線部分為片外存儲器。從圖中可以看出，雷達信號處理專用芯片的數(shù)據(jù)傳輸主要由DPC數(shù)據(jù)總線和ED數(shù)據(jù)總線完成。

通過上述對“成電之芯”的簡單介紹，該芯片的系統(tǒng)功能和測試平臺的能力需求已經(jīng)一目了然。

3 功能測試平臺的建立

3.1 功能測試平臺建立方法

測試平臺是為了向被測芯片施加輸入激勵而建立起來的。如圖2所示，測試平臺向被測芯片輸入激勵，對輸出采樣，并將結(jié)果與期望值比較，得出比較分析結(jié)果。

建立測試平臺的過程是建立在對被測芯片功能屬性透徹理解的基礎(chǔ)上的。目前，常用的測試平臺建立方法有：采用可編程器件建立測試平臺、基于波形建立測試平臺、基于可編程測試儀建立測試平臺和基于事物建立平臺。

3.2 功能測試平臺的構(gòu)建

本設(shè)計的功能測試主要采用基于可編程器件建立測試平臺。

從圖1可以看出，“成電之芯”主要有以下幾類接口：36位的輸入信號總線Input，用來為芯片提供初始輸入激勵；32位的初始化數(shù)據(jù)總線Initial_bus，用來為芯片提供DSP核程序、控制寄存器參數(shù)、脈壓系數(shù)和濾波系數(shù)；48位的片外緩存數(shù)據(jù)總線IQ1和IQ2，用于將脈沖壓縮的結(jié)果傳送到片外緩存；28位的求?；蛉?shù)輸出總線Log_out，用于輸出脈沖壓縮或濾波運算后的求?；蛉?shù)結(jié)果；56位的濾波結(jié)果輸出FIR_I_OUT(28位)、FIR_Q_OUT(28位)，用于輸出MTI或MTD處理后的結(jié)果；16位的HD數(shù)據(jù)總線，用于輸出DSP核處理后的結(jié)果。

根據(jù)基于可編程器件建立測試平臺的設(shè)計思想，功能測試平臺的構(gòu)建方法如下：采用可編程邏輯器件進行輸入激勵的產(chǎn)生和輸出響應(yīng)的處理；采用ROM來實現(xiàn)DSP核程序、控制寄存器參數(shù)、脈壓系數(shù)和濾波系數(shù)的存儲；采用SRAM作為片外緩存。基本測試框圖如圖3所示。

根據(jù)“成電之芯”的要求，芯片需要外部提供136 k 32bit的存儲空間為其提供脈壓系數(shù)和濾波系數(shù)，同時需要其它的一些存儲空間為芯片存儲片外的DSP核程序和控制寄存器。

由于做MTD濾波時，每個相參處理間隔的數(shù)據(jù)量最大為2M深度，所以片外必須準(zhǔn)備兩片深度為2M，數(shù)據(jù)寬度為48位的SRAM作為芯片的片外緩存。

除此之外，芯片需要外界輸入數(shù)據(jù)和控制信號，并且需要接收芯片的輸出數(shù)據(jù)。這部分的功能可通過可編程邏輯器件來完成。

通過以上分析，CCOMP芯片功能測試平臺選用了兩片SST39VF3201來做它的片外初始化存儲器、6片GS832018來做它的片外緩存、一片XC3S5000來產(chǎn)生它的時序控制信號以及和外部接口的控制邏輯、兩片MT48LC4M32用做它的輸出緩存、兩片SST39VF3201來做它的輸入數(shù)據(jù)存儲器，另外還選用了一個AD和一個DA芯片來實現(xiàn)與外界的數(shù)據(jù)通信。實現(xiàn)框圖如圖4所示。

4 測試平臺的實現(xiàn)

4.1軟件的實現(xiàn)

根據(jù)“成電之芯”輸入激勵和輸出響應(yīng)的數(shù)據(jù)對比要求，編寫了可綜合的verilog代碼。代碼的設(shè)計完全按照“成電之芯”的時序要求實現(xiàn)。

4.2 硬件的實現(xiàn)

根據(jù)功能測試平臺的實現(xiàn)框圖進行了原理圖和PCB的設(shè)計，最后設(shè)計完成了一個可對“成電之芯”進行功能測試的系統(tǒng)平臺。實物圖如圖5所示。

5 結(jié)論

本文通過對“成電之芯”功能測試平臺的設(shè)計與實現(xiàn)，闡述了一種基于可編程邏輯器件的系統(tǒng)芯片功能測試平臺的建立。本文從系統(tǒng)芯片的測試評估出發(fā)，一步步深入系統(tǒng)芯片測試方法分析，最終實現(xiàn)一個完整的測試平臺。

該系統(tǒng)除了闡述功能測試平臺的實現(xiàn)方法外，同時也對待測芯片――“成電之芯”進行了充分的測試，為每一塊芯片的功能是否完好提供了重要依據(jù)。