系統(tǒng)級(jí)芯片可測(cè)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(guò)對(duì)IP(Intellectual Property)核的重用來(lái)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(guò)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(cè)試都帶來(lái)了許多新的挑戰(zhàn)。
　　 隨著SOC規(guī)模越來(lái)越大，產(chǎn)品測(cè)試變得越來(lái)越復(fù)雜，測(cè)試費(fèi)用占芯片成本的比例也越來(lái)越高，設(shè)計(jì)者必須在設(shè)計(jì)伊始考慮芯片測(cè)試的問(wèn)題，即可測(cè)試性設(shè)計(jì)(Design for Testability

2、, DFT)。SOC測(cè)試所面臨的三個(gè)最主要的問(wèn)題是:測(cè)試數(shù)據(jù)量大、測(cè)試功耗高和測(cè)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。這三個(gè)問(wèn)題最終都將導(dǎo)致SOC測(cè)試成本的急劇增加，降低了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。這篇論文正是圍繞這三個(gè)棘手的問(wèn)題在測(cè)試壓縮、低功耗掃描測(cè)試以及掃描測(cè)試調(diào)度等領(lǐng)域展開(kāi)了深入的理論研究，目的就是為了降低SOC的測(cè)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(cè)試的故障覆蓋率，而種子數(shù)量直接關(guān)系到自動(dòng)測(cè)試機(jī)(Automatic Test Equipment，ATE)的存儲(chǔ)空間以及硬件開(kāi)銷的需求，因此本文針對(duì)LFSR重播種優(yōu)化展開(kāi)了深入研究。首先通過(guò)應(yīng)用一種測(cè)試向量分組合并算法來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)LFSR的種子編碼多個(gè)確定性測(cè)試向量。為了優(yōu)化算法的運(yùn)行時(shí)間，本文將測(cè)試向量分組合并映射成圖論中的無(wú)向圖最小著色問(wèn)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(cè)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(cè)試壓縮領(lǐng)域已有的研究成果大多是針對(duì)測(cè)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(kāi)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(kāi)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(cè)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?；跁r(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(wèn)題被映射成圖論中的有向圖最小著色問(wèn)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(guò)調(diào)整掃描鏈的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文分析了掃描測(cè)試過(guò)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(jiǎn)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(guò)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(cè)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(cè)試功耗降低12％，對(duì)故障覆蓋率以及測(cè)試時(shí)間沒(méi)有任何影響，而且不需要任何硬件開(kāi)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(cè)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(cè)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(guò)對(duì)那些其上沒(méi)有真實(shí)觀測(cè)點(diǎn)的掃描鏈屏蔽掃描捕獲時(shí)鐘來(lái)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(cè)試向量組重新排序的簡(jiǎn)單算法。為了

8、實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化，本文又將待解決問(wèn)題映射成圖論中的非對(duì)稱旅行商問(wèn)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(cè)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(cè)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(cè)試向量組進(jìn)行調(diào)度。新調(diào)度機(jī)制提高了掃描測(cè)試調(diào)度的