基于Verilog HDL的一種CPLD測試模塊設計

楊鯤，楊彬彬，曾壘，高燦輝，劉姚軍

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

Verilog HDL(Verilog Handware Description Language，即Verilog硬件描述語言)能夠形式化地抽象表示電路的行為和結構，具有強大的硬件描述功能。它允許設計者用其來進行各種級別的邏輯設計，以及數字邏輯系統的仿真驗證、時序分析和邏輯綜合，由于其標準規范且易于掌握，已經成為目前應用最為廣泛的硬件描述語言之一。因此，采用Verilog HDL對CPLD進行硬件編程就可以方便、穩定、精確地實現對CPLD的功能測試。CPLD(Complex Programmable Logic Device，即復雜可編程邏輯器件)是20世紀80年代中期發展起來的一種新型邏輯器件，是目前數字系統設計的主要硬件之一，它可以在制造完成后由用戶根據自己的需要定義其邏輯功能。它具有編程靈活、集成度高、設計開發周期短、適用范圍寬、開發工具普及、運算速度快、易于擴展和移植、性價比高等特點，可實現較大規模的電路設計，因此被廣泛應用于產品的原型設計和產品生產中。CPLD器件已成為電子產品中不可缺少的組成部分，它的設計和應用成為電子工程師必備的一種技能。

1 測試模塊設計

1.1 ispLSI1032的基本結構

ispLSI系列器件是由Lattice公司生產的基于與或陣列結構的復雜PLD產品。芯片由若干個模塊組成，模塊之間通過全局布線區GRF連起來，每個模塊包括若干個通用邏輯塊GLB、輸出布線區ORP、若干個I/O引腳和專用輸入引腳。ispLSI1032芯片具有192個寄存器、64個通用I/O管腳、8個專用輸入管腳、4個專用時鐘輸入管腳和一個全局布線區，最高頻率60MHz，最快延遲時間20ns。其功能框圖和引腳圖如圖1所示。

圖1 ispLSI1032功能框圖和引腳圖

1.2 測試模塊設計

由于是對芯片進行功能測試，所以將ispLSI1032作為處理芯片，搭載外圍相應測試電路即可。為了方便測試，需同時提供兩片芯片的接口，并將所有的I/O口做輸入輸出測試，且兩片芯片測試不受影響。整理出硬件需求如下：

（1）供電電源接口：外接+5V電源供電，提供電源和地輸入。

（2）ISP接口：用于對芯片進行程序下載，使用跳線座區分兩片芯片的下載需求。

（3）I/O測試接口：將I/O口引出，便于外接示波器進行波形觀察。

（4）功能控制開關：選擇波形測試或者電平測試功能。

（5）電平控制開關：在電平測試模式下，設置端口輸出高或低電平。

軟件需求如下：

（1）波形測試功能：對板載晶振提供的時鐘信號進行分頻處理，在相應端口輸出固定頻率的方波，并用示波器進行檢測。

（2）電平測試功能：在輸出端口直接輸出高/低電平，通過發光LED直觀觀察。

（3）編號UA芯片測試接口功能為單數I/O口為信號輸入端口，雙數I/O口為信號輸出端口。

（4）編號UB芯片測試接口功能為單數I/O口為信號輸出端口，雙數I/O口為信號輸入端口。

單次芯片測試流程圖如圖2所示，在UA處測完后，重新燒寫程序，輸入輸出端口定義對調，在UB處重復檢測過程。

圖2 測試流程圖

Lattice ispLSI1032芯片測試原理如圖3所示。X2為供電電源接口，輸入電壓+5VDC；X1為芯片下載接口，使用跳線座短接X101、X102區分兩片芯片的下載需求；單刀雙擲開關S1作為功能控制開關，控制波形與電平測試，S3為電平測試的輸入電平選擇開關；I/OA1-B4為測試孔，方便進行波形測試，發光二極管則是觀察電平測試。

2 測試芯片源代碼

ispLSI1032芯片的Verilog HDL語言程序描述如下。模塊ispLSI1032_test 用來產生多路輸出信號，其中輸入時鐘clk頻率為8MHz，fun_switcher為功能選擇開關，當為高電平時，選擇波形測試，當輸入為低電平時，選擇電平測試；cnt為分頻變量，用于將輸入時鐘進行10分頻；為了方便測試，將32個輸出I/O口分為4組，并將分頻后的結果賦予到每組I/O口上，然后即可通過示波器進行測試。

module ispLSI 1032_test (clk,fun_switcher,ioctl,out);

input clk.fun_switcher;

input [31:0] ioctl;

output [31:0] out;

reg [31:0] out;

reg [9:0] cnt;

reg [7:0] reg8;

reg clkadd;

always @(posedge clk)

begin

if (cnt==10)

begin

cnt＜=10’d0;

cntadd++;

end

else

begin

cnt＜=cnt+1;

out＜=out;

end

end

always @(posedge clkadd)

begin

if (fun_switcher)

begin

out＜=ioctl;

end

else

begin

reg8++;

out[7:0]＜=reg8;

out[15:8]＜=reg8;

out[23:16]＜=reg8;

out[31:24]＜=reg8;

end

end

endmodule

3 結語

Lattice ispLSI1032芯片的測試方法已在實際工作中得到應用，芯片測試速度、效率及精確度均滿足要求，工作穩定可靠。本文在分析了ispLSI1032的內部結構及測試原理和需求的基礎上，利用硬件描述語言Verilog HDL進行設計，對芯片做功能測試，進行篩選。該方法開發成本低，設計周期短，操作易上手，修改邏輯方便，能夠極大地降低人力成本，是一種快捷有效的測試方法。