基于FPGA的集成電路測試系統設計探討

楊杰　薛璐

摘要：近年來，基于FPGA的集成電路測試系統設計問題得到了業內的廣泛關注，研究其相關課題有著重要意義。本文首先對相關內容做了概述，分析了基于FPGA嵌入式IP的SOPC系統，并結合相關實踐經驗，分別從多個角度與方面就基于FPGA的集成電路測試系統設計展開了研究，闡述了個人對此的幾點看法與認識，望有助于相關工作的實踐。

關鍵詞：FPGA；集成電路；測試系統；設計

1前言

作為一項實際要求較高的實踐性工作，基于FPGA的集成電路測試系統設計的特殊性不言而喻。該項課題的研究，將會更好地提升對FPGA的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與途徑，進一步優化該項工作的最終整體效果。

2基于FPGA嵌入式IP的SOPC系統

基于FPGA的嵌入式IP硬核SOPC系統是在FPGA中預先植入NIOS處理器。為了更好的通用性，必須將常規的嵌入式處理器集成諸多通用和專用的接口，但這樣又不得不增加芯片的成本和功耗。但如果將ARM或者其他處理器核以IP硬核的方式植入FPGA中，利用FPGA的可編程邏輯資源和可擦除性，按照系統功能需求來添加接口功能模塊，如USB模塊和RS232模塊，既能實現目標系統功能，又能實現系統的低成本和低功耗。這樣使得FPGA靈活的硬件設計與處理器的強大軟件功能有機地結合在一起，更有效地實現SOPC系統。

3基于FPGA的集成電路測試系統設計探討

功能測試也稱為合格—不合格測試，它決定了生產出來的元件是否能正常工作。一個典型的測試過程如下：將預先定義的測試模板加載到測試設備中，它給被測元件提供激勵和收集相應的響應；需要一個探針板或測試板將測試設備的輸入、輸出與管芯或封裝后芯片的相應管腳連接起來。測試模板指的是施加的波形、電壓電平、時鐘頻率和預期響應在測試程序中的定義。[1]

3.1測試系統設計

該測試系統由下位機硬件電路和上位機測試軟件兩大部分構成。系統采用功能模塊化設計，控制靈活，操作簡單，而且采用ROM存儲測試向量表庫，方便以后的芯片型號添加和擴展，有很好的實際應用性。

3.2硬件設計

控制器模塊選用Altera的FPGA芯片EP3C16Q240C8N，配置芯片選用EPCS4。控制器由使用VerilogHDL硬件語言實現了包括串口接收模塊、數據轉換與測試保護模塊和串口發送模塊三個部分的功能設計。串口接收模塊完成與串口芯片MAX3232進行通信，接收由上位機發送來的測試指令；數據轉換與測試保護模塊產生實現一個類似于D觸發器的保護器，對測試端的被測芯片輸出腳進行雙保護，保證其在測試后的回測值不受初值影響；串口發送模塊將測試后得到的數據組合為一個回測寄存器，并按照串口通信協議將回測數據發送回上位機。[2]

3.3系統測試驗證

3.3.1常規測試

以芯片74LS08為例，測試流程如下：

（1）使用MicrosoftOfficeAccess2003軟件建立測試數據庫，并在數據庫中建立幾款不同被測芯片的測試數據。

（2）在芯片型號檢索對話框中輸入“74LS08”型號后，點擊“確定”按鈕即可完成芯片檢索的流程。[3]

（3）自動測試模式下，系統將調用數據庫中被測芯片的完整測試數據，并且完成整個測試集的循環測試。

3.3.2故障測試

此時，如果被測芯片依然為74LS08芯片，而從上位機的數據庫中重新調入74LS08芯片的測試信息進行測試，其測試結果則顯示為“該芯片功能測試全部通過”。由此可以驗證，測試系統對芯片功能故障的判斷十分準確，并且測試系統可以準確的識別存在故障的測試矢量位置，以便于用戶進行進一步的分析。

4 Coho加速設計

4.1Coho的系統結構

Coho有兩個主要組件：一個使用Matlab編寫，另一個使用Java編寫。

Matlab組件提供了用戶操作界面，由于需要驗證的系統模型被寫成了Matlab的數據格式，用戶通過輸入一系列Matlab函數來操作Coho。這些函數包括建立模型、定義多面體和計算可達區域。系統模型構建與可達空間模型構造也是在Matlab中完成。Java組件的主要功能是計算投影多邊形和線性規劃求解。Java組件和Matlab組件通過一個C程序作為管道進行通信。[4]

4.2Mode模塊

Matlab組件中的Mode模塊至關重要，在Coho中被頻繁調用。Coho在Mode模塊消耗的時間占整個軟件運行時間的40%～45%。Mode模塊的功能是實現可達性計算，根據每兩個相鄰離散時間段的多面體是否相交，推斷其是否可達，進而生成軌跡。計算多面體是否相交，即判斷一個多面體的頂點中是否至少有一個在另一個多面體內，其運行速度很大程度上影響整個軟件的性能。[5]

5結束語

綜上所述，加強對基于FPGA的集成電路測試系統設計問題的研究分析，對于其良好設計效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的集成電路測試系統設計過程中，應該加強對其關鍵環節與重點要素的重視程度，并注重其具體實施措施與方法的科學性。

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