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嵌入式存储器内建自修复技术研究

作　者: 徐向峰
导　师: 王友仁
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 片上系统嵌入式存储器内建自测试内建自修复纠错码内建冗余分析
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 25次
引　用: 1次
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内容摘要

随着半导体制造工艺和集成电路设计能力的不断进步,系统级芯片对存储器的需求越来越大。据预测,到2014年,片上系统(System On a Chip, SoC)中约94%的硅片面积将被具有不同功能的存储器占据,嵌入式存储器将成为支配整个系统的决定性因素。为提高成品率,对嵌入式存储器实施内建自修复成为急需解决的课题。本文主要研究内建冗余分析算法,以及纠错码在嵌入式存储器修复中的应用。在冗余分析算法方面,改进了传统的CRESTA算法,使用一个深度有限的位图收集故障信息。当执行串行CRESTA算法时能够直接从位图中读取故障信息,避免反复执行BIST算法,在很大程度上缩短了冗余分析时间;另一方面,使用纠错码修复存储器中的单故障。当采用码率大于1/2的纠错码修复单故障时,校验位的长度小于冗余行的长度,节约了面积开销。此外,为了能更好地测试故障,改进了内建自测试系统中的个别模块:选用LFSR取代传统的二进制计数器,这种地址发生器面积开销小、工作速度快;研究了可编程的内建自测试控制器,此电路可以根据用户的选择实现四种March算法,为内建自测试的移植和复用提供了灵活性。以上所有电路的设计均应用VHDL语言实现,并利用ModelSim仿真软件完成时序仿真,验证了设计方案的可行性。实验结果表明,与传统方法相比,改进后的方法可以缩短冗余分析时间、减小面积开销、提高芯片的最大工作频率。本文的研究工作受到国家自然科学基金(60374008, 90505013, 60871009)与航空科学基金(2006ZD52044)的资助。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-18
  1.1 课题背景  12-13
    1.1.1 嵌入式存储器的发展趋势  12
    1.1.2 MBIST 成为测试技术的主流  12-13
  1.2 存储器自修复简介  13-15
    1.2.1 基本概念  13-14
    1.2.2 研究现状  14-15
  1.3 课题意义  15-16
  1.4 本文的主要工作及结构  16-18
第二章 MBISR 系统的原理与结构  18-24
  2.1 功能故障模型  18-19
  2.2 BISR 的结构  19-22
    2.2.1 BIST 电路  19-20
    2.2.2 测试算法  20-21
    2.2.3 冗余分析模块与冗余资源  21-22
  2.3 内建自修复算法  22-24
第三章改进的存储器内建自修复方法  24-38
  3.1 CRESTA 算法概述  24-26
  3.2 改进的CRESTA 算法  26-28
    3.2.1 预备知识  26-27
    3.2.2 改进算法的实现  27-28
  3.3 存储器内建自修复系统设计  28-33
    3.3.1 MBISR 系统结构  29-30
    3.3.2 MBIST 电路设计  30-32
    3.3.3 LFSR 地址发生器  32-33
  3.4 实验结果分析  33-37
    3.4.1 存储器故障注入  34
    3.4.2 LFSR 地址发生器时序仿真图  34
    3.4.3 内建自测试电路仿真结果  34-35
    3.4.4 内建冗余分析仿真结果  35
    3.4.5 修复后存储器读写仿真图  35-36
    3.4.6 冗余分析时间的比较  36
    3.4.7 冗余分析模块的面积开销  36-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章纠错码在存储器自修复中的应用  38-52
  4.1 纠错码概述  38-40
    4.1.1 线性分组码的基本概念  38-39
    4.1.2 线性码生成矩阵和一致监督矩阵  39
    4.1.3 汉明码  39-40
  4.2 基于纠错码的存储器自修复  40-41
    4.2.1 纠错码在存储器容错中的应用  40-41
    4.2.2 改进的内建自修复方案  41
  4.3 基于纠错码的存储器自修复系统设计  41-48
    4.3.1 MBISR 系统设计  42
    4.3.2 可编程MBIST 的设计  42-46
    4.3.3 编码、译码电路的设计  46-48
  4.4 实验结果分析  48-51
    4.4.1 存储器故障注入  48
    4.4.2 可编程MBIST 仿真结果  48-49
    4.4.3 编码、译码仿真波形  49-50
    4.4.4 修复后存储器读写时序  50
    4.4.5 面积开销  50-51
    4.4.6 系统最大工作频率  51
  4.5 本章小结  51-52
第五章总结与展望  52-54
  5.1 主要工作总结  52
  5.2 后续研究建议  52-54
参考文献  54-59
致谢  59-60
在学期间的研究成果及发表的学术论文  60

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