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Virtex型FPGA的测试理论和方法研究

2020-12-14阅读(798)

Virtex型FPGA的测试理论和方法研究

论文摘要

本文以Xilinx公司的Virtex型FPGA芯片为实例,研究基于SRAM架构的FPGA芯片的功能测试的测试理论和测试方法。在理论分析的基础上,针对FPGA中的各种功能模块和线网结构,建立故障模型,选择测试算法,生成测试矢量,以及测试布局布线。然后,通过计算测试覆盖率、测试周期,探讨算法复杂度和硬件资源消耗,综合评估测试效率和测试成本。主要的技术应用包括:FPGA片上RAM的测试算法;路径扫描和边界扫描在FPGA逻辑功能测试中的应用;BIST技术在功能模块测试和线网资源测试中的应用;FPGA的测试图形生成及覆盖率计算。针对线网测试,提出了几种独特的测试结构。例如,全长线和总线型长线相结合的内建自测试结构,六倍线、单长线的测试布线结构。本文也对这些结构的测试矢量的生成算法进行了深入讨论。基于这些研究,尤其是在测试的布局布线结构上进行创新,可以有效减少测试时间、硬件资源消耗并简化测试程序的编制。对部分模块的测试,本文结合生产实际说明了对应测试技术的适用范围。本项目研发的最终目标是实现高效率、高故障覆盖率的线上批量测试技术。文中应用的测试理论和方法也适应于所有具有类似结构的FPGA,可广泛应用到整个Virtex,Virtex II系列或更高级FPGA的测试中。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 FPGA 测试的国际研究动态
  • 1.2 FPGA 测试的国内研究现状
  • 1.3 FPGA 测试的一般方法和研究目标
  • 第二章 Virtex 型FPGA 的体系架构
  • 2.1 基于SRAM 阵列的Virtex 架构
  • 2.2 CLB 模块的基本结构
  • 2.3 IOB 模块的基本结构
  • 2.4 SRAM Block 模块
  • 2.5 Virtex 的可编程布线资源
  • 2.5.1 局部布线资源（Local Routing）
  • 2.5.2 通用布线资源（General Purpose Routing）
  • 2.5.3 I/O 布线资源（I/O Routing）
  • 2.5.4 专用布线资源（Dedicated Routing）
  • 2.5.5 全局布线资源（Global Routing）
  • 第三章 FPGA 测试流程和测试平台开发简介
  • 3.1 数字芯片测试流程
  • 3.2 晶圆测试
  • 3.3 封装后测试
  • 3.4 Virtex100 的测试平台
  • 第四章 常用的FPGA 测试理论分析
  • 4.1 穷举和伪穷举测试
  • 4.2 路径扫描设计
  • 4.2.1 路径扫描设计的基本结构
  • 4.2.2 测试码生成
  • 4.2.3 测试码应用
  • 4.3 边界扫描测试
  • 4.3.1 边界扫描测试的基本结构
  • 4.3.2 测试访问端口TAP
  • 4.3.3 寄存器组
  • 4.3.4 TAP 控制器的状态和边界扫描指令集
  • 4.3.5 操作模式
  • 4.4 存储器测试
  • 4.4.1 存储器的功能故障类型
  • 4.4.1.1 固定型故障
  • 4.4.1.2 转换故障
  • 4.4.1.3 耦合故障
  • 4.4.1.4 码敏感故障
  • 4.4.1.5 时间故障
  • 4.4.1.6 外围逻辑故障
  • 4.4.2 存储器的测试算法
  • 4.4.2.1 MSCAN
  • 4.4.2.2 GALPAT 算法
  • 4.4.2.3 算法测试序列
  • 4.4.2.4 步进码序列
  • 4.4.2.5 棋盘测试
  • 4.5 内建自测试BIST
  • 第五章 Virtex 的测试理论分析、算法选择和数值计算
  • 5.1 测试理论的分析流程和计算方式
  • 5.2 SRAM 查找表的测试理论分析
  • 5.2.1 查找表在RAM 模式下的测试理论分析
  • 5.2.2 查找表在ROM 模式下的测试理论分析
  • 5.2.3 查找表配置模式的测试方式
  • 5.3 CLB 中其它逻辑资源的测试方法分析
  • 5.3.1 CLB 的逻辑资源分类
  • 5.3.2 路径扫描链的配置
  • 5.3.3 路径扫描链的状态、测试指令和测试码生成
  • 5.4 IOB 的测试理论分析
  • 5.4.1 Virtex 边界扫描测试指令
  • 5.4.2 Virtex 的边界扫描结构
  • 5.4.3 IOB 的测试码生成
  • 5.5 SRAM Block 模块的测试分析
  • 第六章 Virtex 的实测布局和仿真验证
  • 6.1 FPGA 的诊断测试
  • 6.2 CLB 的RAM、ROM 和附加逻辑测试
  • 6.2.1 在CLB 测试中应用FPGA 诊断测试
  • 6.2.2 在ROM32 模式测试中加入附加逻辑测试
  • 6.2.3 RAM/Shift 模式测试的仿真验证
  • 6.2.4 ROM 模式测试的仿真验证
  • 6.3 算术逻辑结构的测试功能仿真
  • 6.3.1 算术逻辑结构测试布局
  • 6.3.2 测试指令b 的仿真验证
  • 6.3.3 测试指令c 的仿真验证
  • 6.3.4 测试指令d 的仿真验证
  • 6.4 SRAM Block 的测试功能仿真
  • 6.4.1 March C+测试BSRAM 的4096×1 模式
  • 6.4.2 GALDIA 测试BSRAM 的256×16 模式
  • 6.4.3 采用GALDIA 算法对BSRAM 模块进行内建自测试
  • 第七章 Virtex 的线网资源测试
  • 7.1 Virtex 的线网分类
  • 7.2 全局线网测试
  • 7.2.1 全局线网的测试结构
  • 7.2.2 全局线网测试结构的布局布线
  • 7.2.3 全局线网测试的激励生成和响应模式
  • 7.2.4 全局线网的BIST 测试
  • 7.2.5 垂直长线的测试方式
  • 7.3 局部线网资源和开关矩阵的测试
  • 7.3.1 局部线网分类和开关矩阵结构
  • 7.3.2 局部线网测试的信道宽度
  • 7.3.3 单长线的测试
  • 7.3.3.1 单长线在二级开关矩阵中的连接方式
  • 7.3.3.2 单长线的测试结构与测试图形
  • 7.3.3.3 单长线的测试激励、测试响应和辅助块配置结构
  • 7.3.4 六倍线网的测试
  • 7.3.4.1 六倍线的分类和组织形式
  • 7.3.4.2 六倍线的测试结构
  • 7.3.4.3 六倍线网的转向测试
  • 7.3.4.4 六倍线网的中点测试
  • 7.4 专用时钟布线与DLL 测试
  • 7.5 线网资源的补充测试
  • 7.5.1 测试覆盖分析
  • 7.5.2 一级开关矩阵测试
  • 7.5.2.1 输入矩阵测试
  • 7.5.2.2 输出矩阵测试
  • 7.5.3 线网测试总结
  • 第八章 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻硕期间取得的研究成果

    • 相关论文文献

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    • [29].Virtex4系列FPGA开发平台设计[J]. 航天控制 2009(01)
    • [30].赛灵思Virtex-5 FXT器件量产[J]. 每周电脑报 2008(41)

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