張秀均，陳 誠，孟祥媛

（中國電子科技集團(tuán)公司第58研究所，江蘇 無錫 214035）

1 引言

現(xiàn)場可編程門陣列FPGA（Field Programmable Gate Array）器件，隨著FPGA廣泛應(yīng)用推進(jìn)了其向著高速、高集成度、高穩(wěn)定性、低功耗、低價格的方向發(fā)展。集成度和復(fù)雜性的提高，給生產(chǎn)出高穩(wěn)定和高可靠性能的器件提出了更高的要求。為滿足穩(wěn)定可靠的要求，測試環(huán)節(jié)為其提供了強(qiáng)有力的保障。所以，對FPGA器件故障的測試方法、測試技術(shù)進(jìn)行研究具有重要意義。

2 FPGA的結(jié)構(gòu)

FPGA是由二維的CLB陣列和四周環(huán)繞IOB組成，CLB與IOB通過可編程的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)線相連?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)線由開關(guān)陣列和各種線段構(gòu)成。由于FPGA結(jié)構(gòu)比較對稱，有一定的規(guī)律性，在寫測試碼時可以將此特性加以應(yīng)用，在保證覆蓋率的同時，可以極大地提高測試效率。有一個重要特征是整個芯片被劃分為很多的tile，XC3042A的tile的劃分如圖1所示，F(xiàn)PGA所有的可編程資源通過tile和site兩個屬性就可以知道其坐標(biāo)位置。在下文的net編程中就是通過循環(huán)語句來處理PIP的tile以達(dá)到高效的目的。

圖1 tile的劃分及坐標(biāo)系

3 FPGA典型故障與測試方法

FPGA的典型故障模型有橋接故障、固定故障、暫態(tài)故障、延遲故障、翻轉(zhuǎn)故障、耦合故障等。FPGA常用測試思路是對芯片的各種資源和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分塊測試，極限使用 FPGA 的每個模塊或者資源，逐一測試最終達(dá)到全覆蓋測試的方法。FPGA內(nèi)部資源一般包括可編程邏輯單元（CLB）、嵌入式存儲器（Block RAM）、可編程連線資源（Interconnect and Switch）以及可編程I/O單元。測試不同資源時，應(yīng)根據(jù)被測資源特點(diǎn)選擇相應(yīng)的故障模型，以確保FPGA芯片測試達(dá)到較高的故障覆蓋率。

4 XDL（Xilinx Design Language）

4.1 XDL文件的作用

XDL是xilinx公司的一種全功能的物理層設(shè)計語言。用此語言編寫的XDL文件與使用FPGA Editor編輯生成的NCD文件是等價的。對xilinx的FPGA器件，最終配置到芯片中是二進(jìn)制的rbt格式文件，可以通過圖2的這幾種方式獲得。本文獲取rbt文件的流程如圖中曲線的指示方向，主要研究的內(nèi)容在圖中的虛線框內(nèi)。

圖2 各文件之間的關(guān)系

4.2 XDL工具的使用

XDL工具可以使XDL文件和NCD文件通過命令行進(jìn)行轉(zhuǎn)換，命令的使用方法是：開始→運(yùn)行→輸入cmd命令→彈出windows命令行窗口→進(jìn)入存放xdl.exe的目錄→輸入命令。

4.3 XDL文件內(nèi)容格式

此文件內(nèi)容由三部分構(gòu)成：design部分、實(shí)例化元件部分和元件之間的連線net部分，其語法格式和樣例代碼如表1所示。

5 用perl編寫XDL測試向量

perl語言是一種處理字符能力非常強(qiáng)的計算機(jī)高級語言，非常適合于處理上文所述的XDL文件，因?yàn)榇宋募容^有規(guī)律且全是字符的文本文件。上文中4.1節(jié)給出了生成rbt文件的大致流程，圖3是詳細(xì)過程。

圖3 本文測試向量編寫的流程圖

在寫pl文件之前需要進(jìn)行測試需求分析，選擇合適的方法，以達(dá)到用最少的測試向量覆蓋盡可能多的需要測試的資源，并且要滿足測試要求。再使用FPGA Editor可視化來布一些復(fù)雜向量的局部，將此NCD文件轉(zhuǎn)為XDL文件，以便在寫pl文件的時候使用。如下有一個例子可以說明如何用perl生成XDL文件。

表1 XDL語法及樣例

圖4 pl文件生成XDL轉(zhuǎn)成的NCD

在完成代碼后，需要對其進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試通過后得到XDL文件，使用XDL工具將此文件轉(zhuǎn)換為NCD文件，成功則可進(jìn)行下一步工作，未成功會報相應(yīng)的錯誤，那么就需要返回調(diào)試pl文件或更改XDL文件，循環(huán)此過程，直到轉(zhuǎn)換通過。通過后可以用FPGA Editor可視化工具檢查是否滿足要求，不滿足則返回，滿足則生成rbt文件，此測試向量編寫完成。

6 總結(jié)

本文所研究的用perl編寫Xilinx的FPGA內(nèi)建測試向量的方法，通過深入分析XDL文件，其易編輯、與可視化的NCD文件可等價轉(zhuǎn)化這兩個特性，將其應(yīng)用到編寫內(nèi)建測試向量中可以提高測試向量的生成效率，并可以對任意需要編輯的資源進(jìn)行編輯，能有效地縮短測試時間和提高FPGA測試的覆蓋率。

[1] Christian Beckhoff, Dirk Koch, Jim Torresen. The Xilinx Design Language（XDL）: Tutorial and Use Cases [C].

[2] M Renovell, Y Zorian. Different Experiments in Test Generation for XILINX FPGAs [J]. ITC INTERNATIONAL TEST CONFERENCE, 2000, 32（2）: 854-862.

[3] Mehdi Baradaran Tahoori, Subhasish Mitra. Fault Grading FPGA Interconnect Test Con figurations [J]. ITC INTERNATIONAL TEST CONFERENCE, 2002, 22（2）: 608-617.

[4] Soft Test Inc.The Fundamentals of Digital Semiconductor Testing [K]. 1999.

[5] OReilly. Learning Perl 5th Edition [K]. 2008.

[6] http://china.xilinx.com [EB/OL].

[7] 成飛. 基于ATE的FPGA測試[D]. 上海：復(fù)旦大學(xué)，2011.

[8] 王世穎. 基于ATE的百萬門級FPGA測試方法的研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2012.