依于fpga应用程序的测试简介

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1、依于 FPGA 应用程序的测试简介秦洁 电气工程和计算机系 奥本大学，邮编 36849-5201 Broun，200 电子邮件：qinjie1auburn.edu 摘要 本文给出了一个简短的依赖于 FPGA 应用程序的测试。与传统的比较，独立 于应用的 FPGA 测试目的是测试一个 FPGA 芯片资源尽可能的详尽，依赖于 FPGA 应用程序只有对在特定的上资源进行使用实现测试。 多结构策略提出在一个 FPGA 芯片上的任意应用程序中只需要三个简单的测 试配置互连和一个逻辑块来实现。此外，使用这种方法可以非常快速诊断无需 额外的测试计划实现配置。该方法将讨论这个细节。1.引言FPGA 设有在现场

2、配置实现任意实时所需的功能。FPGA 可以帮助人们实现在 比较传统特定应用集成电路（ASIC）的更快设计周期，降低开发成本和减少时 间到市场。因此 FPGA 被广泛应用于如网络，存储系统，通信，自适应计算。 FPGA 的测试需要从适用的 ASIC 解决方案而不同。文献中有几种不同的 FPGA 测试策略。其中讨论了一个基于几个应用电路和外部测试仪提供的配置行 使他们的每个专门开发的测试向量电路。 “第二个战略的外部测试技术利用定 期的内部结构和 FPGA 的可重构并发检查其各个组成部分 - 配置逻辑块（CLB） 和互连。第三个战略为基于 FPGA 测试技术概念的内建自我测试。其总体思路是 FPG

3、A 在行使自检会议的数量，以便在每个回话中选定了一个 FPGA 的一部分， 这是配置成测试模式发生器（TPGS） ，检查使用的剩余部分 FPGA 的这是配置成 输出响应分析仪（ORAs） 。基本上以上这三种尽可能详尽测试方法，所有操作模式可能 CLB 和其他 FPGA 元件互连。这样做有理由相信，该装置通过测试正确操作无论在外地实现 它的功能。这样的测试策略通常采用的芯片制造商这可以被称为独立于应用程 序测试， （因此，它也被称为生产测试） 。不过也有与应用无关而与 FPGA 测试相关的一些问题。一个是它的低效率低 下有关定时检测故障，因为它甚至是不可能的测试所有可能的互连的一小部分， 可能会

4、出现在用户定义的模式配置。另一个是降低 FPGA 供应商的产量。事实上， 一些不通过独立的应用程序具体的设计的 FPGA 芯片，因为设在一些地方的缺陷 测试仍然可能不使用这些设计。基于这样的事实，依赖于应用程序的测试概念被引入 FPGA 的测试深入研究 和讨论。关键点是依赖于应用程序的测试，只有由一个特定的配置中使用的资 源进行测试，因此与应用程序无关的 FPGA 测试的缺点可避免。通过该计划的使 用，因此在测试 FPGA 中不仅将用于执行测试时间大大降低，而且 FPGA 供应商 可以受益于产量增加。因为从它获得的直接利益，这种依赖应用程序测试技术 已被 Xilinx 通过。本文首先介绍依赖于

5、应用程序的 FPGA 测试技术之一的建议。其余部分结构如下，第 2 节是一些有关依赖于应用程序 FPGA 测试背景信息。第 3 节给出了一 个引进多配置简短的策略（MCS） ，分别在第 4 和第 5 对 1中提出的互连测试 和 CLB 的 MCS 测试进行了详细讨论。而第 6 节总结了这份论文。2.背景基于 FPGA 的静态 RAM 组成的二维数组的配置逻辑块（CLB） ，可编程互连， 可编程输入/输出模块（IOB 的） 。事实上的一个特定的用户应用程序 FPGA 芯片 是由应用与它们每个足够小几个部分所提供合适的 CLB 编译器软件 FPGA 供应商 的要求来划分，在一个 CLB 实施的每一

6、个部分，最后通过所有使用的一个 CLB 连接可编程互连网络。只有当所有使用可编程 FPGA 芯片资源通过正确的应用程 序配置功能，应用程序才可以在芯片上良好运行。为了讨论的依赖于应用程序 FPGA 测试，重要的是要提供一些有关的故障模式的详细信息来广泛应用和研究 FPGA 的测试。桥接故障：故障代表短一组信号之间。逻辑值可以模拟短路净 1 主导（或 桥） ，0 显性（桥） ，或不确定的，取决于在技术该电路。在 FPGA 中过渡性的检 测在一个依赖于应用程序的互连故障网络研究中互连桥接故障是最常见的故障 模式。停留在故障：故障是仿照信号线分配一个固定值（0 或 1）电路和最流行的 形式是单停留在

7、故障。它的显着之一发生的故障模式互连。 研究卡住，在故障 发生在互连的应用程序依赖于 FPGA 芯片，并提出了一些方法来检测他们。时延故障：故障原因组合电路的延迟超过时钟期。由于延误造成的联网可 以占到 70的 FPGA 时钟周期和可编程互连的大型的主要来源传播延迟的变化， 测试延迟在 FPGA 中的故障，应侧重于过分拖延在互联网络。在 C 详尽测试 （combinationally-exhausive 测试）目标提出的检测延迟在互联网络的故障。因为一个可编程的 FPGA 芯片可以在现场实现一个任意功能，FPGA 测试可 以很容易地通过功能测试的方式进行，可编程资源的功能缺陷在于一个 FPGA

8、 芯 片也用于在 FPGA 测试。互连的缺陷：这种缺陷通常可以仿照桥接故障或/和坚持，在断层。1和 12分别研究了每一个发生在互连故障。CLB 的缺陷：在 CLB 的基本单位是一个 FPGA 芯片。它通常包含一个内置的 查找表（LUT） ，它可以被配置来实现对于一个给定的任何可能的组合输出输入 数量。 CLB 可以被检测故障通过功能测试的 CLB。OB 的缺陷：典型的 IOB 的有几个以及相关的可编程功能路由/ FPGA 的核心 资源。如果 IOB 的是错误的，与信息交流系统中的其他组件可能无法可能或可 靠的。多配置方案战略将详细谈到在这点，在故障互连以及相关的 CLB 的缺陷用 户给定的设计

9、。这将是一些术语使用中的战略，列举如下。所有的 0 模式：所 有“0”的载体。-1 模式：所有的“1”的载体。最高连续深度：最大数唇触发 器从 PI 中最长的路径一个 PO。连续距离：触发器在数字时序电路两分。3.多配置策略（1）中提出的要求多配置策略（MCS）只有三个配置测试，在故障互连以 及涉及到的 CLB 的缺陷 FPGA 上的任意应用程序中实现。此外，使用这种方法可以非常快速诊断无需额外的测试计划可以实现配置。基本上可以将 MCS 测试分 为两个独立的部分： 1。互连测试： 互连测试是用于用户应用程序通过执行通过两个不同的测试配置。这个测 试可以百分之百覆盖卡住的故障可能发生在常用的互

10、连。由于这两个测试配置 保留所有互连配置不变，没有额外配售及路由所需的测试配置代码。 2。 CLB 的测试， 虽然测试的 CLB 用户应用程序所使用，只需要一个测试配置，本次测试的 一代配置需要修改的互连配置。这可能会导致一些潜在的问题将在第 5 节详细 讨论。4.互连测试A.测试配置 正如在第 3 节，互连测试是通过两个测试配置，这两个保护区的整个原互 连配置。这两个配置得到一个漂亮的类似的方式。 在第一次测试的配置，所有 的内置在使用的 CLB 的 LUT 的重新配置，以实现逻辑和功能。此外所有的触发 器在用户的应用需要重新编程，以预设值“1” 。这样的测试配置与-1 模式的测 试向量主要

11、输入（PIS） ，可以检测出所有卡住-0 故障这可能发生在原互连配置。 第一个测试配置可以说明作为一般模型如图 1 所示。观测模型，我们可以发现， 主要官员将-1 的模式无论以后如何许多时钟周期，如果原来的互连配置无故障。 然而，如果有一个单个或多个卡住-0 故障/故障原来的配置， “0”故障将最终 传播的逻辑锥可达官员从出现故障的站点，通过网络和可以观察到在时钟到达 的 PO 周期，这是连续距离等于故障现场。因为它是不可能的顺序的距离大于最 高连续深度（Cmax）为，它可以是达成原互连配置是无故障，如果没有“0”观 察期间的 Cmax 时钟周期。如果一个“0”或多个“0”是/是观察在此期间，

12、在 POS 原互连配置有一些卡住-0 故障。因为所有的故障影响在 POS 观察，单个和 多个通过这个测试可以检测卡住-AT-0 故障配置。第二个配置，所有的内置在使用的 CLB 的 LUT 和重新配置，以执行逻辑或功 能。在同一时间，在用户触发器的所有预设值应用程序需要进行重新编程为 “0” 。在为了检测所有卡住-AT-1 故障发生在原来的互连配置，使用此测试配 置，全 0 模式测试向量需要应用到相应的督察。在卡住-AT-1 故障检测在第一 次配置类似的方式。如果没有“1”观察期间的 Cmax 时钟周期，在 POS theoriginal 互连的配置是无故障，否则必须有一个或多个 stucka

13、t1 故障发生。B.故障诊断 从上述两个测试配置提取的这些信息，也可用于定位卡住在故障发生故障 现场。考虑一个 LUT L 和其输入 NI 之一。如果有被卡住故障，故障会在下一个 时钟周期传播到可以捕获输出 L 和最接近触发器连接到 L。从现在起，将传播 错误的价值通过在所有可能的路径，从触发器 L 可以观察到的故障故障可到达 POS。显然可以在时钟周期观察到的所有可到达 POS 故障取决于最低连续断层之 间的距离网站和所有这些 POS。 基于故障可达 PO（S）和没有时钟周期观察故障在这些 POS，故障站点可以 大致确定。故障可达宝决定错误的逻辑锥（LC）和相应的没有时钟周期指定顺 序的距离

14、故障现场的 PO 之间。每个的可访问 POS 的故障和相应的故障时钟周期 可以让出一套可疑的故障地点。 “故障现场的粗定位，然后终于可以从这些集 合的交集。 “很好地说明了故障诊断算法 图 2 给出的伪代码。然而，诊断算法不能精确定位故障站点。此外，在很大程度上决议诊断方 法是由用户在测试应用程序的配置指定的结构确定。考虑这种情况下。有多种 组合从故障现场的第一个触发器的路径，一个 Pos 的顺序路径。设 N 是所有集 在这些路径的蚊帐。如果没有从任何路径在 N 比 FF 触发器其他净，这种方法报 告 N 为可以列表，并不能进一步的减少。虽然这项决议方法是不作为罚款，如 我们预期，但它仍然可以

15、是认为是有效的由于两个事实上市 以下。 即使在最坏情况的决议的方法，故障定位到非常小部分的设计，这是绝对 足够为许多故障容错应用 这种方法是保守的，即所有故障网的可疑列表中的一个子集和无故障的网 逃脱。三实例图 3 显示了第一次配置测试的一个例子。一些个 CLB（L2 和 L3，L4，L5，L9 号）原来的配置使用触发器以及组合功能，而其余的执行组合 功能。法律与正义党和所有在本次测试的另一触发器的预设值配置为“1” ，大 胆的线条所示。四个测试时钟周期检测可能卡住，在原来的互连故障配置，因 为最大的时序深度是 4，通过 L4，L5 的 L3，L2 和 L6 是最长的路径。 作为一个例子，假设

16、有一个阻塞-AT0 在配置上的网 N1 故障显示图 3。然后， 可以观察到的故障在 Pos 后的第一个时钟周期的 POS L3 L6 和采用 L9 后的第二 个时钟周期。从故障 L6，可以列表的过错网站集可以得到L1，L7。PO L3， 包含在故障现场L1，L4。采用 POSL9，应该是故障现场在集合L1，L4。三 个路口可疑一套给 L1 故障现场，这是在连续距离相当于 N1。5.CLB 的测试正如在第 3 节所述，CLB 的测试进行使用测试配置修改互连配置和保留了原 始的 CLB 的配置。在这在相同条件下进行测试方式，每个 CLB 这将用于在原始 应用程序配置。同时，重新编程互连的配置，使得访问每个 CLB 的可能。使用 此测试配置这 CLB 的测试包括功能 CLB 的缺陷卡住，在故障模型的包容性。 A. 测试配置 CLB 的测试的关键是重新编程互连网络，使每个使用 CLB 的控制的主要投 入（PIS）和监测由输出响应分析仪（ORA）这可以由图 4 所示。原应用程序的 配置和测试配置图 4-（a） 和图 4 - （b）分别可以发现，在 CLB 配置，灰框