DSP测试向量生成方法

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1、DSP 芯片测试向量生成方法1. 概述数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)是一门涉及许多学科 而又广泛应用于许多领域的新兴学科。随着计算机和信息技术的飞速发展，数字 信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。DSP芯片，也称数字信号处理器，是 一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，器主要应用是实时快速地实 现各种数字信号处理算法。随着集成度的提升，其性能也在不断提高，功能越来 越强大，已逐渐成为航空、航天各种电子设备的核心部件。因此,DSP芯片的质 量对整机系统可靠性的影响是至关重要的，相应的 DSP 芯片的质量保证开始备 受关注，如何保证元件的质

2、量是迫在眉睫的问题。然而，众所周知，电子元器件的可靠性是由两部分组成：一是由生产厂商来 保证，称为固有可靠性，二是由使用者来保证，称为使用可靠性。目前，国内使 用的大部分 DSP 芯片来自于国外，我们无法对其原材料和生产工艺过程进行质 量控制，因此其固有可靠性我们无法保证，只有通过二次筛选来剔除早期失效的 元件，保证装机用元件的质量可靠性。因此对芯片进行参数测试是一个重要环节。 随着科学技术的飞速发展，需要测试的 DSP 芯片的复杂程度和技术含量越来越 高，DSP芯片的测试技术逐渐成为备受业界关注并且尚待解决的课题。本论文旨在解决 DSP 芯片测试这一问题，保证芯片的使用可靠性。2. DSP

3、芯片测试复杂性自1980年以来，DSP芯片得到了突飞猛进的发展，从运算速度来看，MAC ( 次乘法和一次加法)的时间已经从80年代初的400ns降低到10ns以下，处理能 力、运算速度不断提高；从制造工艺来看，普遍采用的亚微米( Micron ) CMOS 工艺，使DSP芯片的引脚数量从1980年的最多64个增加到现在的200个以上。DSP 芯片的高性能一方面对测试设备提出了较高要求，首先要具有高速的测 试通道，其次要求拥有更多的测试通道，同时，基于DSP芯片的强大功能，庞大 的测试向量要求测试系统具有较大的测试图形容量。能够达到要求的测试系统一 般多为国外厂商生产，其价格非常昂贵，而目前国内

4、能够达到要求的测试系统较 少。另一方面，由于DSP芯片融合了 CPU技术和数字信号处理技术，具有高速、 高效、灵活处理数据的特点，其内部功能非常复杂，这就使其测试向量生成的难 度大大增加。国内使用的大部分DSP芯片来自于国外，其测试向量是生产厂家 的在芯片原始设计阶段生成的，我们无法得到，而购买测试向量则需要花费巨额 资金。因此，如何解决这些问题成为解决DSP芯片测试的关键。3. DSP 芯片测试系统北京科力测试技术有限责任公司在 2004 年推向全国市场的开发生产的 SP3160-V数字集成电路综合测试系统，实现了在一块电路板上集成32个数字通 道的数字测试子系统，借助这一在测试界很高的集成

5、度水平，系统实现了强大的 成本优势而丝毫没有牺牲系统性。该系统的功能测试速率最大可达到100MHz,定时精度Ins,图形通道可达到 64512管脚，测试图形容量为1M/pin，并且可扩展至16M/pin，且有丰富的交 /直流信号源和精密测量单元。SP3160-V数字集成电路综合测试系统的框图如图1所示。SP3160-V 测试系统内所配置的每个数字通道都具有 per pin 结构，通道之 间完全独立，每个数字通道具有独立的管脚电子、参数测量单元PPMU、时序定 时控制子系统、数据格式、电平/负载设置、失效记录、测试向量自动“学习” 功能，每块数字测试子系统板具有独立的测试时间定时子系统，即可支持

6、事件时 钟方式，也可支持共享时钟方式，使DSP测试种定时灵活方便。图2所示为100M 大规模数字集成电路测试系统图形通道框图。SP3160-V 测试系统每通道提供 8种波形合成方式，分别如图 3 所示。NRZ不归零格式INVNRZ反相不归零格式RZ归零格式INVRZ反相归零格式RO归一格式INVRO反相归一格式EXOR异或格式INVXOR反码包围格图3：波形合成方式SP3160-V 测试系统可对各类中小规模、大规模、超大规模随机逻辑数字 IC、 各类通用存储器、通用线性 IC 和数/模混合 IC 进行动态功能、交流参数、直流 参数测试。更可以满足现有 DSP 芯片的测试要求，为测试程序的开发提

7、供了强有 力的工具。4. DSP 芯片测试向量的获取方法4.1. 芯片测试向量获取方法介绍目前，常用芯片测试向量的获得一般通过以下几种渠道：1）真值表法：根据芯片的功能手工推出激励和响应真值表，编写测试向量。这 种方法是获得常用简单芯片测试向量的常用方法，然而对于 DSP 这种高性能 复杂处理器来说，不仅需要详细了解芯片工作原理、使用方法，甚至连芯片 内部复杂结构等都需要掌握，消耗的脑力劳动是可想而知的。2）购买：由于国内目前DSP芯片设计生产水平有限（只有个别品种，不能满足 使用的需求），因此使用的大部分DSP芯片来自于国外，其测试向量是生产 厂家的在芯片原始设计阶段生成的，我们若想得到测试

8、向量，只有通过购买，而购买测试向量则需要花费巨额资金，有些向量甚至无法购买到。3）“学习法”获得测试向量：北京科力测试技术有限责任公司开发生产的 SP3160-V 数字集成电路综合测试系统可提供独特的资源全向量深度失 效存储器，可高效支持用“学习法”获取测试向量，大大提高了测试程序开 发的效率，减轻脑力劳动的强度。这种“学习法”又可以细分为半“学习法” 和全“学习法”：-半“学习法”获得测试向量：手工推出激励真值表，由测试系统使用“学习 法”获得响应真值表，编写测试向量。-全“学习法”获得测试向量：激励真值表不是手工推出，而是利用测试系 统提供的“学习法”功能获得芯片的激励和响应，从而编写测试

9、向量。对于DSP等这类复杂芯片，我们通过全“学习法”来获得他们的测试向量， 即芯片的激励和响应都由测试系统通过“学习法”获得，经过修改后成为最终测 试向量。下面将对该方法进行详细介绍。4.2. “学习法”介绍SP3160-V数字集成电路综合测试系统具有用“学习（LEAD）法”自动生成 功能测试向量的能力，便于开发各种VLSI器件的测试图形向量。因此我们首先 对系统的“学习法”功能进行介绍。系统拥有一个庞大的高速存贮体，每一测试通道都具有数据存储器F （存储 测试DUT此管脚所要求的真值表数据），屏蔽定义存储器M （内容用来在所编程 的测试速率下实时定义是否“关心”此管脚的输出），输入/输出定义

10、存储器I /O （存储此周期内该测试仪通道是处于驱动状态还是比较状态），辅助存储器S （存储失效数据）。其中，每通道的辅助存储器S首先作为失效数据存储器，实时记录来自此管 脚逻辑比较电路的比较结果信息（合格/失效），将此信息提取后进行加工、整理， 有助于进行DUT的失效分析；通过编程设置，S还可作为DUT输出数据存储器， 实时记录选通点处DUT的输出逻辑状态。这使得系统具有高速、多通路的实时数 据采集功能。对所采集的数据加工处理后所形成测试向量文件，即可作为测试某 些器件的预期数据（如对各类只读存储器），又可作为测试向量数据（如对微处 理器）。这种工作方式为用“学习（LEAD）法”高速产生诸如

11、CPU、DSP等LSI 器件的测试图形提供了必要的硬件条件。为配合测试图形的生成，在数字测试通 道板上设计了一套独具特色的组合逻辑电路，它接收F、M存储器的内容，并根 据对应通道中S存储器的合格/失效信息实时修改，再将结果存入F、M中去。因 此可在实际的测试环境下以较高速率实时生成测试图形，这较之传统的软件“学 习”方法具有更快的速度和较少的脱机操作。4.3. DSP 测试向量生成方法利用“学习法”获得 DSP 芯片测试向量，就是将芯片在正常工作时的激励 和响应数据通过系统的“学习法”进行捕获。可以看到，在这一过程中，保证芯 片能够正常工作就是获得测试向量的一个前提。因此我们需要搭建一个能够进

12、行 DSP 测试向量“学习”的最小工作系统，它同时应该能够满足以下要求：1）它是最简单的DSP工作环境，能够提供DSP工作所需要的电源、时钟、控制 信号、程序和数据等存储空间等，使DSP可以进行工作。2）该最小系统可以对芯片进行仿真。由于DSP芯片本身属于可编程芯片，通过 编写不同的程序可以实现不同的功能，因此该类器件需要对其进行仿真，来 验证程序编写的正确与否。3）该最小系统中， DSP 芯片的每管脚能够同测试系统相连，以便进行“学习” 获得测试向量。图4： DSP芯片最小测试系统图4所示为最小系统示意图。利用搭建好的最小系统，首先编写 DSP 自测试程序并进行仿真，该自测试 程序应尽量完备

13、的覆盖芯片的各项功能。程序调试编译通过后，将其写入片外存 储器。最小系统与测试系统相连后，加电开始工作，同时应用的测试系统“学习 法”功能，对芯片各个非驱动管脚的状态数据进行捕获和存取，从而得到“学习” 向量原始数据。对其进行修改后，即可获得最终测试向量。4.4. DSP 测试向量生成具体步骤以 TI 公司生产的 SMJ320C31 芯片为例，我们对其测试向量的生成方法做 进一步的介绍。具体实现方法流程如图 5 所示。1) 编写内建自测试程序：根据被测dsp芯片硬件及指令说明手册，对芯片进行 深入分析，按功能进行模块分割。用DSP特殊的汇编语言编写内建自测试程 序并进行仿真。仿真的过程我们选用

14、德州仪器公司 (TI) 推出的 CCs(Code Composer Studio)软件。该自测试程序应尽量完备的覆盖芯片的各项功能， 以提高测试程序的故障覆盖率，保证测试的可靠性。因此这一步需要对DSP 芯片的应用具有较为深入的了解。2) 编写DSP “学习”背景测试向量：编写程序从而自动产生各种有规律的测试 向量段落，如加1，减1，左移，右移等图形。该图形一方面提供DSP测试图5： DSP芯片测试程序编写流程驱动码，以构建 DSP 芯片工作环境，另一方面将 DSP 的激励与响应管脚置为低信号，从而存取“学习”到的原始数据。3) 搭建最小测试系统：最小测试系统在上一小节中有过详细说明，此处不赘

15、述。4) 产生“学习”向量原始数据：当系统加电运行时，由测试系统提供DSP芯片 工作电源、时钟、复位等信号，构建DSP芯片工作环境，同时DSP芯片开 始从片外存储器中读取程序代码，进行正常工作。在这一过程中，应用的测 试系统“学习法”功能，对芯片各个非驱动管脚的状态数据进行捕获和存取， 从而得到“学习”向量原始数据。在该测试向量中，既包括了从外部存储器 装载程序时，芯片管脚的状态，同时也包括了程序在芯片内部 RAM 中高速 运行时，芯片功能管脚的状态。DSP芯片的最小测试系统如图4所示，其管 脚除与外部电路相连外，同时也与测试系统的测试通道相连，从而捕获“学 习”到的数据向量。5) 加工转换原

16、始“学习”向量：通过修改“学习”得到的原始向量，将 DSP 芯片从外部存储器装载自测试程序时的状态图形作为激励图形，由测试系统 来提供，而不再由外部存储器提供；而程序装载结束后，芯片运行时各功能 管脚的响应向量作为预期比较数据。6) 编辑测试程序：完成测试图形的加工转换后，根据测试程序的安排，添加动 态功能测试以及直流参数测试。7) 测试：去掉所有外围电路，DSP芯片的所有管脚只与测试系统的数字测试通 道进行连接，执行修改以及编辑后的测试程序，进行测试。5. 小结不断增长的 DSP 芯片规模使其测试愈加困难，而随着其在国内应用的不断扩 大，为保证在使用中的可靠性，解决 DSP 芯片测试的问题已经势在必行。解决这 一问题需要从两方面入手，一是符合 DSP 测试的高性能测试设备