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FPGA互连资源测试与诊断方法研究

作　者: 王岚施
导　师: 孙金玮
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: FPGA 互连资源内建自测试
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 143次
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内容摘要

在SRAM型FPGA芯片技术和应用技术快速发展的今天,其测试技术也受到了广泛的研究和重视。对FPGA芯片进行测试的主要策略是“分治法”,实际的测试过程又分为面向制造测试和面向应用测试。可编程互联资源模块是FPGA内结构最为复杂的模块,其所占的资源比重甚至达到整个芯片的70%以上,可编程互联资源的测试方法研究成为FPGA测试中的重点和难点,也是本文的主要研究对象。本文首先介绍了xilinx公司Virtex系列FPGA的整体架构,并对相关故障模型进行分析,对可编程逻辑模块的架构及测试方法进行了分析和总结。然后回顾了更早的XC4000E系列FPGA的互联资源结构及其测试、诊断方法。最后,对Virtex系列FPGA的新型互联架构,建立了完全不同于早期互连结构的互连模型,采用了更灵活的基于扫描链的内建自测试(BIST)方法对互联资源进行分类和测试。内建自测试法不仅能够压缩测试时间,提高测试效率,而且不受FPGA规模和引脚的影响,能够对互联资源进行快速全面的测试和诊断。本文采用BIST方法对Hex线,单长线,开关盒以及多路开关分别进行测试,通过把逻辑资源分别配置为测试图形产生器(TPGs)和输出响应分析器(ORAs),对两个被测电路(WUT)分别施加相同的穷举测试向量,再将其结果进行输出比较,从而完成互联资源中被测线段和可编程开关的故障测试。然后,针对互连资源故障诊断定位困难的问题,本文提出采用粗粒度诊断和细粒度诊断两步走的方法,通过移除/重布技术来定位故障,结合使用交叠查找法来查找故障,通过较少配置次数就能精确完成开路故障和桥接故障的诊断。最后,本文利用大型IC自动测试仪搭建了测试平台,对Virtex系列XCV300-PQ240封装商业级的FPGA芯片进行了批量实际测试,结果表明BIST测试方法能有效的检测互连资源中的故障。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  9
  1.2 国内外在该方向的研究现状及发展趋势  9-11
    1.2.1 国外研究现状  10
    1.2.2 国内研究现状  10-11
  1.3 本课题研究主要内容  11-13
第2章 FPGA结构及功能模块测试  13-26
  2.1 Virtex系列FPGA结构  13-17
  2.2 FPGA的典型故障模型及测试方法  17-19
    2.2.1 FPGA的典型故障模型  17-18
    2.2.2 FPGA的测试方法  18-19
  2.3 可编程逻辑模块(CLB)的测试  19-25
    2.3.1 查找表(LUT)的测试  19-21
    2.3.2 进位逻辑模块的测试  21-23
    2.3.3 函数发生器RAM模式的测试  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章可编程互连资源的结构及测试方法概述  26-38
  3.1 可编程互连资源故障模型  26
  3.2 XC4000 可编程互连资源测试方法概述  26-33
    3.2.1 XC4000 互连资源架构  27-29
    3.2.2 XC4000 系列互连测试方法  29-31
    3.2.3 XC4000 系列互连故障诊断方法  31-33
  3.3 Virtex系列可编程互连资源架构及测试方法分析  33-37
    3.3.1 Virtex系列可编程互连资源  33-35
    3.3.2 Virtex系列互连测试方法  35-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章可编程互连资源的测试  38-54
  4.1 可编程互连资源的BIST测试概述  39-40
  4.2 构建互连BIST的子模块  40-42
    4.2.1 构建TPG模块  40-41
    4.2.2 构建基于比较的ORA模块  41-42
  4.3 通用布线资源测试实现  42-50
    4.3.1 Hex线测试  42-43
    4.3.2 单长线测试  43
    4.3.3 Switch-box PIPs 测试  43-47
    4.3.4 MUX PIPs测试  47-50
  4.4 可编程互连资源的诊断方法研究  50-53
    4.4.1 粗颗粒诊断  50-51
    4.4.2 细颗粒诊断  51-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章 FPGA芯片实测  54-62
  5.1 测试方法分析  54-55
  5.2 测试环境  55-57
    5.2.1 测试系统介绍  55-56
    5.2.2 测试接口板  56-57
  5.3 测试实现  57-60
    5.3.1 芯片配置过程  57-58
    5.3.2 测试设计流程  58-60
    5.3.3 芯片测试  60
  5.4 本章小结  60-62
结论  62-63
参考文献  63-68
致谢  68

FPGA互连资源测试与诊断方法研究

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