系統(tǒng)級(jí)芯片可測試性設(shè)計(jì)與優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、系統(tǒng)級(jí)芯片(System on Chip，SOC)可以通過對(duì)IP(Intellectual Property)核的重用來降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和風(fēng)險(xiǎn)，縮短產(chǎn)品的上市周期。不過這種新的設(shè)計(jì)流程以及不斷增大的芯片規(guī)模給設(shè)計(jì)和測試都帶來了許多新的挑戰(zhàn)。
　　 隨著SOC規(guī)模越來越大，產(chǎn)品測試變得越來越復(fù)雜，測試費(fèi)用占芯片成本的比例也越來越高，設(shè)計(jì)者必須在設(shè)計(jì)伊始考慮芯片測試的問題，即可測試性設(shè)計(jì)(Design for Testability

2、, DFT)。SOC測試所面臨的三個(gè)最主要的問題是:測試數(shù)據(jù)量大、測試功耗高和測試時(shí)間過長。這三個(gè)問題最終都將導(dǎo)致SOC測試成本的急劇增加，降低了產(chǎn)品的市場競爭力。這篇論文正是圍繞這三個(gè)棘手的問題在測試壓縮、低功耗掃描測試以及掃描測試調(diào)度等領(lǐng)域展開了深入的理論研究，目的就是為了降低SOC的測試成本、提高SOC的產(chǎn)品質(zhì)量。
　　 線性反饋移位寄存器(Linear Feedback Shift Register, LFSR)重播種技

3、術(shù)的主要用途是提高偽隨機(jī)測試的故障覆蓋率，而種子數(shù)量直接關(guān)系到自動(dòng)測試機(jī)(Automatic Test Equipment，ATE)的存儲(chǔ)空間以及硬件開銷的需求，因此本文針對(duì)LFSR重播種優(yōu)化展開了深入研究。首先通過應(yīng)用一種測試向量分組合并算法來實(shí)現(xiàn)一個(gè)LFSR的種子編碼多個(gè)確定性測試向量。為了優(yōu)化算法的運(yùn)行時(shí)間，本文將測試向量分組合并映射成圖論中的無向圖最小著色問題并采用基于蟻群算法(Ant Colony Optimization，A

4、CO)的啟發(fā)式算法加以解決。在仔細(xì)分析了重播種原理后，本文又從減少重播種次數(shù)入手對(duì)種子進(jìn)一步優(yōu)化。在ISCAS89基準(zhǔn)電路上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，測試向量分組合并與減少重播種次數(shù)的種子優(yōu)化相結(jié)合可以減少約40％的LFSR種子數(shù)量。
　　 目前測試壓縮領(lǐng)域已有的研究成果大多是針對(duì)測試數(shù)據(jù)的壓縮，本文則在減少掃描時(shí)鐘管腳方面展開研究。首先深入分析了多時(shí)鐘掃描策略，然后設(shè)計(jì)了一種掃描時(shí)鐘產(chǎn)生電路，在不增加時(shí)序閉合難度的前提下使得所有的掃

5、描時(shí)鐘都可以使用同一個(gè)管腳作為時(shí)鐘源，而代價(jià)僅為少量硬件開銷以及控制管腳。為了使這種單掃描時(shí)鐘管腳策略不增加測試時(shí)間，本文又在最小化掃描時(shí)鐘數(shù)量方面做了相關(guān)研究。基于時(shí)鐘相容性分析結(jié)果對(duì)電路中功能時(shí)鐘域分組并分配掃描時(shí)鐘的問題被映射成圖論中的有向圖最小著色問題并設(shè)計(jì)一種貪心算法加以解決。
　　 低功耗掃描可以通過調(diào)整掃描鏈的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。本文分析了掃描測試過程中功耗產(chǎn)生的原因，研究了掃描觸發(fā)器跳變對(duì)內(nèi)部組合邏輯錐的影響，將計(jì)算得到

6、的影響函數(shù)值作為掃描鏈重排序的依據(jù)。然后基于掃描鏈結(jié)構(gòu)的特殊性分析了布線約束對(duì)掃描鏈重排序的影響，并將布線約束簡化，設(shè)計(jì)了一種同時(shí)兼顧低功耗和布線約束的算法。該算法不需要迭代，通過一次運(yùn)行即可得到掃描鏈重排序的結(jié)果，在保證后端設(shè)計(jì)可行性的前提下，盡可能減少了高影響值掃描單元上的跳變次數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)掃描測試功耗的優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法可以使掃描測試功耗降低12％，對(duì)故障覆蓋率以及測試時(shí)間沒有任何影響，而且不需要任何硬件開銷。
　　

7、 門控時(shí)鐘策略也是低功耗掃描的常用技術(shù)。本文設(shè)計(jì)了一種基于門控時(shí)鐘降低掃描測試功耗的新穎方法以及對(duì)應(yīng)的硬件“掃描時(shí)鐘控制電路”，實(shí)現(xiàn)了在每組掃描測試向量中對(duì)掃描時(shí)鐘的動(dòng)態(tài)控制。針對(duì)某些較早完成掃描裝/卸載的掃描鏈，可以及時(shí)屏蔽相應(yīng)的掃描時(shí)鐘以降低掃描移位功耗。掃描捕獲功耗的降低則可以通過對(duì)那些其上沒有真實(shí)觀測點(diǎn)的掃描鏈屏蔽掃描捕獲時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)。為了使該方法可以最大程度地降低掃描移位功耗，本文設(shè)計(jì)了用于掃描測試向量組重新排序的簡單算法。為了

8、實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化，本文又將待解決問題映射成圖論中的非對(duì)稱旅行商問題(Asymmetric Travelling Salesman Problem，ATSP)，并設(shè)計(jì)了基于ACO的啟發(fā)式算法加以解決?；谌舾晒I(yè)界設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該方法的可行性和有效性。
　　 在測試調(diào)度方面，目前已有的調(diào)度策略都是將IP核的整個(gè)掃描測試集作為調(diào)度對(duì)象，而本文則提出了一種新穎的調(diào)度機(jī)制:基于每個(gè)掃描測試向量組進(jìn)行調(diào)度。新調(diào)度機(jī)制提高了掃描測試調(diào)度的