壓縮編碼技術在IPCore測試中的應用

摘 要：文章主要是針對測試向量壓縮與解壓縮要求學習報告，對不同編碼方式（游程、哈夫曼以及Golomb）、壓縮比率與解碼器自身構造的復雜性進行深入的分析研究，并在此基礎上提出一些建設性建議，以供參考。

關鍵詞：壓縮編碼技術；IP Core測試；應用；研究

1 集成電路壓縮測試

從集成電路實際運行情況來看，測試成為其中一個不可或缺的重要環節，尤其是近年來隨著集成電路自身的規模不斷增大，測試工作也變得更加的復雜化，同時測試費在半導體產品生產成本中的占比也在不斷的增加。通常情況下，片上系統，比如SOC，它所采用的是復用IP核設計技術，這樣就可以在很大程度上提高芯片產品的生產效率、有效縮短其開發周期。同時我們還要看到由此而帶來的各種問題，比如SOC自身的集成度在不斷的提升，這將會造成測試數據量急劇增加，加快芯片時鐘的頻率，同時也給傳統意義上的自動測試設備，如ATE存儲器等，帶來了巨大的挑戰。實踐中可以看到，每一個Core商所提供的數據，通常都非常的大，這主要是為了達到一定的錯誤覆蓋率；每個SOC上都集成了IP Core，而且其數量在不斷的增加，這使得單一的SOC測試所用向量數，大大超過了設備允許值，同時也給以設備自身為基礎的相關測試方法造成了非常大的壓力與挑戰。

第一，測試設備自身的存儲容量非常的有限，而且增長速度也很難真正地跟上廠商所提供的測試數據增長量。針對這一現象，實踐中可對測試向量進行裁刪，這樣雖然可以有效節省空間量，但同樣會對測試覆蓋率產生影響。第二，實踐中所采用的測試設備運行頻率與待測芯片頻率難以實現同步。究其原因，主要是因為以下兩個方面的因素。其一，芯片運行頻率增長速度大大超過了設備增長速度，因此壓力非常的大；其二，實踐中所需要的高頻測試儀器都非常的貴重，因此實際應用過程中為有效節約費用開支，更多情況下可能會利用頻率相對較低的一些測試儀對頻率稍高的相關芯片進行測量。第三，通常情況下，測試設備運作的測試通道數量非常的有限，若增加測試通道數量，則也會為此付出非常昂貴的代價。針對上述問題的最佳應對措施是采用內建自測試法，即BIST，英文Built-in Self Test。需要注意的是這一方案一定要在芯片設計過程中就要充分地考慮到BIST的應用，只有這樣才能達到較高的覆蓋率。實踐中，對于多數已經設計好了的方案而言，若直接采用BIST法測試，通常效果并不理想。當前市場上最常用的有效解決方法是Core，但其并不具備完整的BIST功能特征，所以選擇在已經開發好了的Core上應用BIST，并非聰明之舉。

實踐中可以看到，采用編碼壓縮或者解壓縮法，可以有效減少測試向量數，其基本思路是：借助自動測試向量生成程序作為待測芯片的測試向量，并采用壓縮算法將向量壓縮變小，置于測試設備中進行存儲。對芯片測試時，相關測試設備就會自動存放于已壓縮過的向量中，并將其傳送至測試板解碼電路，由其解將壓縮之后的向量解壓縮，此時便可以得到實際測試向量；將該測試向量加入測試芯片引腳，最終完成測試工作。該方法可有效地解決當前測試設備正面臨著的問題與不足，即可減少需存放于測試設備中的數據量；利用頻率相對較低的相關測試設備，可對頻率較高的芯片予以測試。

2 編碼算法

對于編碼算法而言，其選擇活動對壓縮效果、以及解碼器自身的復雜程度具有決定性的影響，因此應當加強重視。壓縮算法一定要確保對壓縮沒有損害，這主要是因為原始測試向量只有在完全復原以后，方可確保具有較高的高覆蓋率。

哈夫曼編碼：其實際上就是基于統計學理論的一種編碼方式方法，該方法可提供最優的編碼效果。對于哈夫曼編碼而言，其主要是由哈夫曼樹構造而成的，基本思路如下：對于頻率相對大的一些代碼段，應當采用較短的編碼，若代碼段頻率較低，則可采用稍長的編碼。就哈夫曼樹自身的構造來看，它屬于前綴編碼，即沒有任何一個編碼可以作為其他編碼之前綴，之所以設置前級編碼，其主要目的自傲與解碼時不會產生太多的歧義，同時也可以有效地簡化解碼電路系統。

游程編碼：實踐中，若數據中存在著連續重復位相對較多的現象，采用游程編碼可取得非常好的效果。對于游程編碼而言，其實際上屬于變長——定長編碼的范疇，對于該種變慢方式而言，若某個測試向量是000 001 000 001 100 001，則利用游程編碼之后，其測試向量就會變為101 101 000 100。由此可見，編碼之后的數據串比編碼之前的數據串少6位，這樣就方便存儲和應用。實踐中也可以看到，游程編碼的解碼過程也非常的簡單，即每3位數據就會對應很多0與結尾的1。在解碼過程中，一定要用到余3計數器，當前計至3后，就會自動復位至0，然后重新進行余3計位計算。

Golomb：對于Golomb編碼而言，其主要是依據連續出現 0或 1的位數，采用變長碼實施編碼操作的高效編碼方式，屬于變長--變長編碼方式方法。當理由Golomb技術對原始測試向量壓縮以后，可有效地減少測試向量自身的長度；如果原始向量中的出現連續0的數量非常的多，則說明其壓縮效果非常的好。

3 測試結果分析

以上所述的不同編碼方式，均為無損壓縮編碼模式，在實踐中的應用最為廣泛。在實驗過程中，首先應當采用比較通用的相關自動測試向量，通過生成工具對ISCAS Benchmark收集所產生的測試向量，并且用上述三種編碼算法，壓縮測試向量集，然后對壓縮效果、解碼自身的復雜度進行分析比較。

從上表可以看到，采用哈夫曼編碼所取得的壓縮效果非常的好，通常在60%以上，然其解碼器電路設計相對復雜一些。因此，本文使用的是Golomb編碼、游程編碼，實驗結果如下表所示：

通過以上實驗可以看出，應用Golomb編碼所獲得的效果要比應用游程編碼要好一些，只是壓縮率要比較哈夫曼編碼稍微低一些。

4 結束語

近年來，隨著國內SOC工作頻率的快速提升，相關測試設備也將面臨更大的挑戰，尤其表現為測試設備自身的運作頻率降低、存儲容量非常有限，同時還包括測試引腳存在著明顯的不足等問題。實踐中若想有效解決和彌補上述測試設備存在著缺陷與不足，建議采用對測試向量壓縮解壓縮法，可取得良好的效果。

參考文獻

[1]《An Efficient Test-Data Compression Method for IP Cores》 Xrysovalantis Kavousianos，Member，IEEE

[2]《System-on-a-chip test-data compression and decompression architectures based on Golomb codes》A Chandra， K Chakrabarty - Computer-Aided Design of …，2001-ieeexplore.ieee.org.