FPGA互连自动化测试方法研究

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现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)是一种可以快速、反复配置功能的芯片,已经被越来越广泛的应用到各个领域。FPGA的互连资源包括互连线段与可编程互连开关(Programmable Interconnect Points, PIPs),这些互连资源对FPGA的功能有重要作用,因此对它们的测试非常重要。FPGA互连线段分布在水平、垂直通道;PIPs主要分布在开关矩阵(Switch Matrix, SM),输入选择模块(Input Multiplexers, IMUX),输出选择模块(Output Multiplexers, OMUX)三部分。互连线段以及开关矩阵称为全局互连资源,输入选择模块以及输出选择模块称为局部互连资源。评价FPGA的测试好坏的标准是故障覆盖率、配置文件数、自动化程度。目前工业界测试对于FPGA测试的采用半手工的方法实现,他们为了把配置文件数压缩到最小精心设计每一个配置文件。学术界测试方法更关注自动化程度,他们设计测试算法自动生成配置文件,自动化程度比工业界方法高。在全局互连测试方面,以往文献采用分而治之的思路,将互连开关按方向分为水平、垂直、左斜向、右斜向四种类别后分别测试;而新型的FPGA互连结构中出现不属于四种分类的特殊互连资源,原有的全局互连测试方法不能直接运用到新型的FPGA结构中。在局部互连方面,以往文献主要针对岛型FPGA结构,而对现在主流基于重复单元FPGA没有很好的解决办法。考虑到以上问题,本文工作如下:第一、提出了一种适合于FPGA互连测试的内建自测试(Built-in Self Test, BIST)电路实现方法。具有结构简单,占用逻辑资源少的特点。该电路可以解决FPGA芯片中由于输入输出块(Input Output Blocks, IOBs)数目有限所导致的配置文件中测试线网数目受到限制问题。第二、通过总结芯片局部互连资源的特点,提出了一种最小配置数覆盖局部互连资源的方法。将芯片中重复单元配置成完全相同的形式,并将重复单元级联起来形成测试线网。该方法具有结构规整、实现简单的特点,且配置文件数最小。第三、提出一种适应新型FPGA结构的全局互连测试方法。针对新型互连结构中出现特殊互连资源的现状,本文提出了一种覆盖面广的全局互连测试方法,该方法不仅可以覆盖普通的全局互连资源,而且对新出现的特殊全局互连资源也很有效。通过电路仿真,表明本文的内建自测试电路可以正常工作。另外,本文提出的局部互连资源测试方法,对FDP3P15芯片进行实验,用24个配置文件覆盖局部互连资源,覆盖率达到了96.5%。最后,本文提出的适应新型FPGA结构的全局互连测试方法对FDP4P1K以及FDP4P7K进行实验,可以覆盖开关矩阵中的特殊互连资源,总覆盖率都达到了99%。
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