FPGA芯片TILE单元建模以及故障覆盖率分析

论文摘要

FPGA是目前运用广泛的一种可编程逻辑器件,FPGA的出现填补了ASIC在设计成本,设计周期上的缺陷。FPGA主要分为三个部分：逻辑资源结构、互连资源结构以及编程配置。本文针对FPGA芯片,进行了逻辑资源、互联资源基本单元TILE的建模工作,设计了TILE基本单元功能仿真模型,并且完成了TILE单元互连模型的简化设计流程以及功能单元编程点配置流程,完成了TILE单元功能仿真以及验证。此外,本文采用TurboFault软件,对针对TILE单元中负责逻辑功能配置的SLICE单元所设计的一组遍历测试pattern进行了故障覆盖率的测试。最终,本文得到了各个测试pattern的故障覆盖报告,并且通过对测试pattern故障覆盖率报告的分析整理得到了整体故障覆盖率,发现了一些原来没有覆盖到的故障,并通过设计新的测试pattern完成了这些故障的覆盖。为了更好地完成TILE单元的建模、仿真过程,本文在设计过程中提出了一些逻辑资源模块的建模思路以及对互连模块简化建模的一种创新的方法,并且为TILE单元仿真过程中功能单元编程点配置这一问题设计了一个从配置文件直接生成编程点配置信息的解决办法。最终本文设计了完成这些过程的脚本,实现了从测试pattern提供的配置文件得到TILE单元功能仿真模型以及编程点配置文件,不仅帮助完成了这组测试pattern故障覆盖率测试工作,也为整体FPGA芯片功能仿真的实现提供了部分软件以及方法的基础。最终,本文经过对现有测试pattern的分析,总结了将一个TILE单元作为仿真测试模型的情况下两个SLICE单元没有覆盖到的故障以及原因,并且针对单个SLICE单元补充设计了新的测试pattern,将SLICE单元测试pattern的故障覆盖率提高到了93.4%,通过数据定量地评估了测试pattern的有效性。

论文目录

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• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 FPGA概述
• 1.2 TurboFault软件概述
• 1.3 工作重点
• 第二章 研究背景
• 2.1 FPGA通用结构
• 2.1.1 可编程逻辑单元结构
• 2.1.2 互连资源结构
• 2.1.3 编程配置资源
• 2.2 软件流程
• 2.2.1 软件功能
• 2.2.2 软件流程
• 2.2.3 逻辑仿真以及故障覆盖率测试
• 2.3 本章小结
• 第三章 设计流程
• 3.1 测试芯片模型建立与仿真
• 3.1.1 逻辑资源结构建模
• 3.1.2 TILE内部互连资源结构建模
• 3.1.3 逻辑配置方法设计
• 3.2 测试pattern介绍
• 3.3 测试流程
• 3.4 模型仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 测试覆盖率报告
• 4.1 故障归并
• 4.2 TILE单元故障覆盖率
• 4.3 SLICE单元测试pattern补充以及故障覆盖率
• 4.4 设计不足以及后续展望
• 4.5 本章小结
• 第五章 设计总结
• 5.1 主要工作
• 5.2 创新点
• 5.3 设计总结
• 参考文献
• 致谢