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FPGA测试系统的研究与设计

作　者: 王群泽
导　师: 胡方明
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 现场可编程门阵列 FPGA测试 配置 JTAG ATE
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着现场可编程门阵列(FPGA)器件的应用越来越广泛,FPGA的测试技术和测试方法也受到了越来越多的重视和研究。FPGA的制造测试需要确保芯片在任何编程逻辑下都能可靠工作,因此需要设计多个测试配置和测试向量来保证测试的覆盖率。为了满足FPGA的制造测试对测试速度和自动化的要求,本文提出了一种改进的基于ATE (Automatic Test Equipment)的FPGA测试系统。ATE可保证对测试速度和自动化的要求,而使用FLASH存储阵列来存储测试配置则解决了ATE自带存储空间有限且扩展成本高的问题,降低了测试成本。系统使用Xilinx USB下载线下载测试配置并通过RS-232C接口控制测试配置在FLASH存储阵列中的存放位置,实现多个配置文件的存储。在测试时,系统通过ATE控制测试配置的读取和配置待测器件。论文首先对系统设计要求进行了分析,给出了系统设计的工作流程和整体实现架构。然后,论文给出了测试板和以XC2S200为逻辑控制平台的配置板的硬件设计。最后,论文给出了控制逻辑的具体设计,并提出了上位机软件环境的搭建方法。测试表明,本系统对Virtex系列FPGA的配置速度达到了95Mbit/s,且配置稳定,保证了测试速度；下载测试配置的速度为160Kbit/s,节省了测试准备时间。与传统的基于ATE的测试系统相比,改进的FPGA测试系统具有更快的测试速度和更低的测试成本。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 课题研究背景及意义  7-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 本文主要工作及内容安排  10-13
第二章 测试系统总体方案设计  13-23
  2.1 自动测试设备平台介绍  13-16
    2.1.1 J750测试机台简介  13
    2.1.2 J750测试机台硬件架构  13-15
    2.1.3 J750测试机台软件介绍  15-16
  2.2 硬件平台方案选择  16-19
    2.2.1 存储介质的选择  16-17
    2.2.2 配置数据下载方式选择  17-18
    2.2.3 待测器件的配置方式选择  18-19
    2.2.4 主控方案选择  19
  2.3 系统的原理框图  19-20
  2.4 系统的工作流程  20-21
  2.5 本章小结  21-23
第三章 测试系统的硬件设计  23-43
  3.1 硬件电路的整体设计  23-24
  3.2 测试板  24-28
    3.2.1 SlecteMAP配置模式  24-25
    3.2.2 FPGA封装与测试插座  25-26
    3.2.3 测试板的硬件设计  26-28
  3.3 配置板  28-41
    3.3.1 控制器件介绍  28-30
    3.3.2 配置板的硬件总体设计  30-31
    3.3.3 控制FPGA配置模块  31-33
    3.3.4 时钟模块  33-34
    3.3.5 存储模块  34-36
    3.3.6 上位机通信模块  36-38
    3.3.7 电源模块  38-39
    3.3.8 PCB设计  39-41
  3.4 本章小结  41-43
第四章 测试系统的逻辑设计  43-63
  4.1 逻辑总体设计  43-44
  4.2 JTAG接口  44-51
    4.2.1 JTAG工作原理  44-48
    4.2.2 配置存储器的JTAG接口  48-49
    4.2.3 自定义的JTAG接口  49-51
  4.3 RS-232C接口  51-54
    4.3.1 UART通信原理  51-52
    4.3.2 UART的设计  52-53
    4.3.3 译码控制逻辑设计  53-54
  4.4 FLASH控制器  54-58
    4.4.1 FLASH存储器命令  55-56
    4.4.2 FLASH控制器实现  56-58
  4.5 烧写控制  58-60
  4.6 配置控制  60-62
  4.7 本章小结  62-63
第五章 测试系统的软件环境  63-67
  5.1 上位机软件环境  63-65
    5.1.1 配置文件的制作  63-64
    5.1.2 配置文件的下载  64-65
  5.2 测试系统性能实测  65-66
    5.2.1 下载性能  65-66
    5.2.2 配置性能  66
  5.3 本章小结  66-67
第六章 总结和展望  67-69
致谢  69-71
参考文献  71-73
研究成果  73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 逻辑电路
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