陳田 左永生 安鑫 任福繼

摘 要：針對(duì)超大規(guī)模集成電路（VLSL）的發(fā)展過(guò)程中測(cè)試數(shù)據(jù)量增加的問(wèn)題，提出了一種基于三態(tài)信號(hào)的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮方法。首先，對(duì)測(cè)試集進(jìn)行優(yōu)化預(yù)處理操作，即對(duì)測(cè)試集進(jìn)行部分輸入精簡(jiǎn)和測(cè)試向量重排序操作，在提高測(cè)試集中無(wú)關(guān)位X的比例的同時(shí)，使各測(cè)試向量之間的相容性提高;隨后，對(duì)預(yù)處理后的測(cè)試集進(jìn)行三態(tài)信號(hào)編碼壓縮，即利用三態(tài)信號(hào)的特性將測(cè)試集劃分為多個(gè)掃描切片，并對(duì)掃描切片進(jìn)行相容編碼壓縮，考慮多種相容規(guī)則使得測(cè)試集的壓縮率得到提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與同類(lèi)壓縮方法相比，所提的方法取得了較高的壓縮率，平均測(cè)試壓縮率達(dá)到76.17%，同時(shí)測(cè)試功耗和面積開(kāi)銷(xiāo)也沒(méi)有明顯增加。

關(guān)鍵詞：測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮;三態(tài)信號(hào);相容壓縮;掃描切片;自動(dòng)測(cè)試設(shè)備

中圖分類(lèi)號(hào)： TP391. 7（機(jī)器輔助技術(shù)）

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： Focusing on the increasing amount of test data in the development of Very Large Scale Integration （VLSI）， a test data compression method based on tri-state signal was proposed. Firstly， the test set was optimized and pre-processed by performing partial input reduction and test vector reordering operations， improving the compatibility among test patterns while increasing the proportion of dont-care bit X in the test set. Then， the coding compression of tri-state signal was performed to the pre-processed test set， so that the test set was divided into multiple scan slices by using the characteristics of tri-state signal， and the tri-state signal was used to perform compatible coding compression on the scann slices. With various test rules considered， the test set compression ratio was improved. The experimental results show that， compared with the similar compression methods， the proposed method achieves a higher compression ratio， and the average test compression ratio reaches 76.17% without significant increase of test power and area overhead.

Key words： test data compression; tri-state signal; compatible compression; scan slice; Automatic Test Equipment （ATE）

0 引言

隨著超大規(guī)模集成電路（Very Large Scale Integration， VLSI）產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，集成電路芯片中晶體管的數(shù)量在不斷地增長(zhǎng)，為了確保芯片的故障覆蓋率，測(cè)試數(shù)據(jù)量也相應(yīng)地增加，這對(duì)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（Automatic Test Equipment， ATE）的存儲(chǔ)容量及帶寬的大小提出了一定的挑戰(zhàn)。更多的測(cè)試數(shù)據(jù)意味著測(cè)試時(shí)間和測(cè)試功耗的增加，而ATE的成本、測(cè)試時(shí)間和測(cè)試數(shù)據(jù)量等是造成整個(gè)測(cè)試成本增加的主要因素。

測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)可以有效應(yīng)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)增加問(wèn)題[1]?；诰幋a的壓縮方法是測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)中非常重要的一類(lèi)，可以較好地與設(shè)計(jì)流程兼容。該方法首先將預(yù)計(jì)算的測(cè)試集編碼為更小的數(shù)據(jù)集，再將壓縮后的數(shù)據(jù)集存儲(chǔ)在ATE中，在測(cè)試時(shí)，壓縮集通過(guò)ATE和芯片之間的通信通道進(jìn)入芯片，然后經(jīng)過(guò)芯片上的解壓縮結(jié)構(gòu)生成與原始測(cè)試數(shù)據(jù)相容的測(cè)試向量。通常，預(yù)計(jì)算的測(cè)試集一般包括0、1和無(wú)關(guān)位X，稱(chēng)之為測(cè)試立方集。而傳統(tǒng)壓縮方法是將測(cè)試立方集編碼為以邏輯值0和1表示的編碼數(shù)據(jù)，最開(kāi)始提出的有哈夫曼編碼（Huffman Codes）[2]、FDR碼（Frequency-Directed Run-length Codes） [3]等傳統(tǒng)編碼方法，但該類(lèi)方法取得的壓縮效果并不顯著。后來(lái)，文獻(xiàn)[4]提出通過(guò)增加鏡像參考向量以提高相容性來(lái)對(duì)測(cè)試集進(jìn)行壓縮;文獻(xiàn)[5]提出對(duì)測(cè)試集進(jìn)行多次壓縮以提高壓縮率，但多次壓縮導(dǎo)致解壓結(jié)構(gòu)面積開(kāi)銷(xiāo)增大。上述這些傳統(tǒng)方法僅考慮到二值信號(hào)的壓縮，然而ATE不僅支持0、1信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)也支持高阻態(tài)信號(hào)（Hi-Z）的傳輸[6]，這就為編碼壓縮方法提供了一個(gè)新思路，對(duì)測(cè)試立方集以三值邏輯進(jìn)行編碼，并將壓縮后包含三態(tài)信號(hào)的壓縮集存儲(chǔ)在ATE上。以這樣的方式存儲(chǔ)的信息，只需要在芯片上利用一個(gè)將三態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)為二值邏輯的結(jié)構(gòu)，再與合適的解壓結(jié)構(gòu)結(jié)合，就可以實(shí)現(xiàn)一種基于三態(tài)信號(hào)的編碼方式。文獻(xiàn)[7]提出一種基于字典的三態(tài)信號(hào)編碼方法，但該方法并未考慮到測(cè)試向量間的相關(guān)性聯(lián)系，未能針對(duì)此方面進(jìn)行優(yōu)化。

為了解決傳統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮方法只能利用二值信號(hào)進(jìn)行編碼，同時(shí)在已有基于三態(tài)信號(hào)編碼中未能針對(duì)測(cè)試向量之間關(guān)聯(lián)性作出相應(yīng)優(yōu)化等問(wèn)題，本文提出了一種基于三態(tài)信號(hào)編碼的測(cè)試數(shù)據(jù)相容壓縮方法。為了取得良好的壓縮效果，該方法考慮測(cè)試向量之間的相關(guān)性，首先對(duì)測(cè)試立方集進(jìn)行預(yù)處理操作，利用部分輸入精簡(jiǎn)和測(cè)試向量重排序提高測(cè)試集的相容性;隨后，再使用三態(tài)信號(hào)編碼對(duì)測(cè)試集進(jìn)行了三態(tài)信號(hào)相容壓縮，編碼時(shí)根據(jù)測(cè)試向量之間關(guān)系，結(jié)合三態(tài)信號(hào)可以提高可攜帶信號(hào)量的特性，設(shè)計(jì)多種相容類(lèi)型進(jìn)行編碼，在測(cè)試功耗及面積開(kāi)銷(xiāo)未有明顯增加的情況下，提高了測(cè)試數(shù)據(jù)的壓縮率。

1 基于三態(tài)信號(hào)的編碼方法

本文方法的壓縮結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。首先，對(duì)自動(dòng)測(cè)試向量生成（Automatic Test Pattern Generation， ATPG）產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行優(yōu)化預(yù)處理操作;然后，對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行三態(tài)相容編碼壓縮;在片上解壓測(cè)試階段，在ATE上存儲(chǔ)的編碼通過(guò)一個(gè)三態(tài)檢測(cè)電路來(lái)進(jìn)行三態(tài)信號(hào)和二進(jìn)制數(shù)值的轉(zhuǎn)換，再通過(guò)設(shè)計(jì)的編碼解壓器對(duì)傳入到芯片中的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓測(cè)試，隨后將捕獲到的測(cè)試激勵(lì)傳回至ATE中。

1.1 三態(tài)信號(hào)

大多數(shù)芯片內(nèi)部的邏輯電路無(wú)法識(shí)別和處理高阻態(tài)信號(hào)，但文獻(xiàn)[6]中提出ATE可以支持高阻態(tài)信號(hào)的傳輸，因此，在基于三態(tài)編碼的方案中，關(guān)鍵是如何在芯片上檢測(cè)到三態(tài)信號(hào)，并將包含三態(tài)輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)重新轉(zhuǎn)換成只包含0、1的測(cè)試數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)[8]提出了一種三態(tài)信號(hào)檢測(cè)電路，但該電路的硬件開(kāi)銷(xiāo)較大，不能應(yīng)用于本文所提出的方法中。隨后，文獻(xiàn)[9]提出了另外一種只包含6個(gè)晶體管的三態(tài)信號(hào)檢測(cè)電路，該三態(tài)輸入檢測(cè)電路如圖2所示，此電路有一個(gè)三態(tài)信號(hào)輸入端口和兩個(gè)二進(jìn)制輸出端口，可以為三種輸入信號(hào)狀態(tài)中的每一種產(chǎn)生唯一的二進(jìn)制輸出;同時(shí)，該電路面積開(kāi)銷(xiāo)和復(fù)雜性都很小，并且該電路的二進(jìn)制輸出可以很容易地與解壓電路的控制模塊相結(jié)合。故本文選擇此三態(tài)檢測(cè)電路用于解壓結(jié)構(gòu)中，并結(jié)合其他邏輯門(mén)將三態(tài)信號(hào)應(yīng)用于測(cè)試數(shù)據(jù)的解壓縮流程中，表1給出了此三態(tài)檢測(cè)電路的真值表。

1.2 測(cè)試集優(yōu)化預(yù)處理

通過(guò)ATPG得到的確定測(cè)試集中通常含有大量無(wú)關(guān)位X，對(duì)這些測(cè)試向量進(jìn)行相容性壓縮，將在一定程度上減少測(cè)試數(shù)據(jù)量[10]。而測(cè)試集中的無(wú)關(guān)位X的比例越高，測(cè)試集中的相鄰測(cè)試向量的相容性就越高，這就為測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮前的預(yù)處理提供了理論依據(jù)。在本文采取的優(yōu)化預(yù)處理步驟中，共分為部分輸入精簡(jiǎn)操作和測(cè)試向量重排序操作兩部分。

由于本文采用相容壓縮方法，測(cè)試集中無(wú)關(guān)位X的比例越高，后續(xù)壓縮處理和功耗處理取得的效果越好，故本文采用輸入精簡(jiǎn)方法對(duì)測(cè)試集進(jìn)行優(yōu)化。傳統(tǒng)輸入精簡(jiǎn)[11]是一種通過(guò)檢測(cè)被測(cè)電路相容或反向相容輸入并對(duì)其進(jìn)行合并處理的方法。該方法雖然可以壓縮測(cè)試集，但存在著如下問(wèn)題：該方法在對(duì)測(cè)試集進(jìn)行合并處理時(shí)會(huì)造成電路布線難度呈線性提高，同時(shí)測(cè)試功耗也會(huì)相應(yīng)地提高?？紤]到上述問(wèn)題，本文決定采用部分輸入精簡(jiǎn)方法有選擇性地利用電路相容和反向相容，盡可能地提高電路無(wú)關(guān)位X位的比例，使之有利于三態(tài)信號(hào)相容壓縮，同時(shí)布線難度和功耗沒(méi)有大幅度提升。如圖3所示，使用傳統(tǒng)輸入精簡(jiǎn)可以將6條掃描切片壓縮至1 條;而綜合考慮布線難度和功耗的部分輸入精簡(jiǎn)方法有選擇性地選擇第1、2和6條掃描切片，將掃描切片壓縮至3條，此時(shí)無(wú)關(guān)位X的比例從50%上升至58%。

根據(jù)本文編碼規(guī)則，相鄰測(cè)試向量之間的海明距離越小，它們之間可相容的概率就越高，壓縮處理的效果就越好。為了使測(cè)試集的相鄰測(cè)試向量可以有更高的相容性，本文使用測(cè)試向量重排序方法來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。本文提出的方法是通過(guò)調(diào)整各條測(cè)試向量的位置來(lái)尋找最優(yōu)相鄰測(cè)試向量排序，使得調(diào)整后的相鄰測(cè)試向量間的總海明距離最短，這樣可以最大限度提高各條相鄰測(cè)試向量之間的相容性。求解該最優(yōu)測(cè)試向量排序問(wèn)題可以抽象為一個(gè)旅行商問(wèn)題（Travelling Salesman Problem， TSP），通過(guò)啟發(fā)式算法能在可接受的范圍內(nèi)求得相對(duì)最優(yōu)解。該排序問(wèn)題的具體模型如下：將測(cè)試集中每個(gè)測(cè)試向量看作是圖的一個(gè)端點(diǎn)，測(cè)試向量之間的海明距離看作是端點(diǎn)之間的權(quán)值，可以通過(guò)這些權(quán)值構(gòu)建一個(gè)鄰接矩陣;圖中路徑的含義是各條測(cè)試向量的排列順序，路徑距離的含義是測(cè)試向量跳變時(shí)的海明距離，路徑的選擇目標(biāo)是得到所有路徑之中的跳變最小值，通過(guò)計(jì)算得出的路徑可以獲得一個(gè)近似最優(yōu)的測(cè)試集。由于構(gòu)建的模型數(shù)據(jù)量較大，而遺傳算法（Genetic Algorithm， GA）具有較強(qiáng)的全局搜索能力，所需計(jì)算時(shí)間較少，故本文選用遺傳算法（GA）作為求解該問(wèn)題的方法。

1.3 測(cè)試數(shù)據(jù)相容壓縮方法

1.3.1 基本掃描切片相容類(lèi)型

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)相容壓縮方法思想，本文設(shè)置一個(gè)參考掃描切片作為基準(zhǔn)向量，通過(guò)掃描切片與參考掃描切片相容時(shí)的不同相容關(guān)系來(lái)對(duì)測(cè)試集進(jìn)行基于三態(tài)信號(hào)的編碼。掃描切片相容是指相鄰掃描切片之間滿足相容性關(guān)系。對(duì)于任意兩條N位的掃描切片xi：（x1，x2，…，xN）和yi：（y1，y2，…，yN），當(dāng)xi與yi的值相同或者它們中至少有一個(gè)是無(wú)關(guān)位X時(shí)，則稱(chēng)這兩條掃描切片正向相容;當(dāng)xi與yi的值完全相反或者它們中至少有一個(gè)是無(wú)關(guān)位X時(shí)，則稱(chēng)這兩條掃描切片反向相容;同時(shí)，測(cè)試向量劃分為更小的掃描切片后，有大量的只包含無(wú)關(guān)位X和1/0的掃描切片或者全為無(wú)關(guān)位X的掃描切片，將這些切片劃分為全零或全一相容掃描切片。

1.3.2 特殊掃描切片相容類(lèi)型

在上述測(cè)試集優(yōu)化預(yù)處理過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)許多掃描切片之間的海明距離實(shí)際上很小。如在掃描切片的長(zhǎng)度為8位的情況下，不相容的兩個(gè)掃描切片之間海明距離的均值在1～2。在上述基礎(chǔ)上，對(duì)選用掃描切片間一位或者兩位不同作為一個(gè)掃描切片相容的類(lèi)型給出數(shù)學(xué)上的理論分析。對(duì)于兩個(gè)給定長(zhǎng)度N位的任意掃描切片A和任意掃描切片B，假設(shè)0、1、X的概率分別為P0、P1和PX。

1.3.3 三態(tài)編碼表編碼規(guī)則

根據(jù)上述掃描切片相容類(lèi)型，基于哈夫曼編碼原理，本文對(duì)掃描切片與參考切片各種相容類(lèi)型情況的出現(xiàn)頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，構(gòu)造出基于三態(tài)電路的測(cè)試數(shù)據(jù)相容壓縮編碼方法。如表2所示，對(duì)于長(zhǎng)度為N的掃描切片，當(dāng)掃描切片與參考切片為全零或全一掃描切片時(shí)，選擇“0”或“Z0”作為編碼值;當(dāng)掃描切片與參考切片完全不相同時(shí)，選擇“1”加原始掃描N位掃描切片作為編碼值;當(dāng)掃描切片與參考切片全相容或者反向相容時(shí)，選擇“ZZ0”或“ZZ1”作為編碼值;對(duì)于上述一位不同特殊情況時(shí)，選擇“Z1”和一位不同位置的編碼作為編碼值。

1.3.4 三態(tài)編碼表編碼流程

設(shè)置Si表示當(dāng)前掃描切片，Ri表示參考切片，假設(shè)每個(gè)掃描切片的位數(shù)為8位，Ci為編碼結(jié)果，本文的基于三態(tài)信號(hào)測(cè)試數(shù)據(jù)相容壓縮編碼過(guò)程如下：

1）初始化參考向量R0為“00000000”。

2）將當(dāng)前向量Si與全零、全一進(jìn)行相容比對(duì)，如果與全零、全一相容，則將參考切片改為相應(yīng)的全零、全一切片，編碼結(jié)果為0或Z0;如果與全零、全一不相容，則轉(zhuǎn)至步驟3）。

3）將當(dāng)前參考向量Ri與當(dāng)前向量Si進(jìn)行相容比對(duì)，如果為不相容則轉(zhuǎn)至步驟4）;如果為相容，則編碼結(jié)果為ZZ0，并且參考向量Ri+1=Ri&Si;如果為“反向相容”，則編碼結(jié)果為ZZ1，同時(shí)參考向量Ri+1=（～Ri） & Si;如果為一位不同，則編碼結(jié)果為Z1加上那一位不同的位數(shù)的二進(jìn)制編碼，同時(shí)參考向量Ri+1 不變。

4）當(dāng)相容比對(duì)的結(jié)果為不相容時(shí)，編碼結(jié)果為1加Si的值 ，同時(shí)參考向量Ri+1=Si。

本文以表3作為示例介紹編碼的過(guò)程。編碼開(kāi)始，參考切片初始化為00000000，掃描切片S1=0XXXX1X1，參考切片R1為00000000，掃描切片與參考切片不相容，將參考切片R2更新為S1，同時(shí)編碼結(jié)果C1為100000101;隨后，掃描切片S2=XXX1XXX1，為全一掃描切片，故編碼為Z0，同時(shí)將參考切片R3更新為S2;隨后，掃描切片S3=XX00XXXX，為全零掃描切片，故編碼為0，同時(shí)將參考切片R4更新為S3;隨后，S4=1XX11X00，與參考切片R4相比為不相容，故將參考切片R5更新為S4，同時(shí)編碼為110011000;隨后，S5=1XX110XX，與參考切片R5全相容，故參考切片R5不變，同時(shí)編碼為ZZ0;隨后，S6=00XX1X0X，與參考切片R6相比為一位不同的狀態(tài)，故參考切片R6不變，同時(shí)編碼為Z1000;隨后，S7=0X1X0XX1，與參考切片R7相比為反向相容的狀態(tài)，故將參考切片更新為S7，同時(shí)編碼為ZZ1;最后，S8=011XX101，與參考切片R8相比為一位不同的狀態(tài)，故編碼為Z1110。從表3例子可以看出，未編碼之前測(cè)試集的位數(shù)為64位，編碼之后的位數(shù)為37位，測(cè)試數(shù)據(jù)得到了壓縮，同時(shí)只有兩個(gè)不相容的情況需要串行加載，其余的則可以并行加載。

2 解壓結(jié)構(gòu)

本文方法的解壓結(jié)構(gòu)如圖6所示，三態(tài)檢測(cè)電路將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳入到有限狀態(tài)機(jī)（Finite State Machine， FSM）中，F(xiàn)SM用于測(cè)試向量相容壓縮解碼信號(hào)控制。信號(hào)處理模塊為對(duì)從FSM中傳出的控制信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。假設(shè)被測(cè)電路含有N條掃描鏈，其中參考切片存儲(chǔ)在一個(gè)N位的移位寄存器RS1中，一位不同位存儲(chǔ)在一個(gè)lb N位的移位寄存器RS2中。當(dāng)掃描切片與參考切片相容時(shí)，把對(duì)應(yīng)的參考切片移入掃描鏈中;當(dāng)掃描切片與參考切片不相容時(shí)，先將掃描切片移入到參考切片中，隨后將替換后的參考切片移入掃描鏈中;當(dāng)掃描切片與參考切片一位不同時(shí)，選擇相應(yīng)一位不同位進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，并將翻轉(zhuǎn)后的參考切片移入掃描鏈中;當(dāng)掃描切片為全一、全零狀態(tài)時(shí)，將參考切片完全填充為全一或全零，再將參考切片移入掃描鏈中。

具體的解壓過(guò)程如下：1）當(dāng)解壓器使能信號(hào)“en”為“1”時(shí)，“Data_In”端口開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，通過(guò)三態(tài)檢測(cè)電路得到只包含二進(jìn)制的數(shù)據(jù)，將其傳入FSM中。2）當(dāng)掃描切片與參考切片不相容時(shí)，參考切片需要更換，此時(shí)計(jì)數(shù)器CountA中有兩個(gè)信號(hào)“dec_A”和“shift”，當(dāng)“dec_A”信號(hào)為“1”，“shift”信號(hào)為“1”，“se”的信號(hào)為“0”，K位計(jì)數(shù)器A開(kāi)始計(jì)數(shù)，“Data_RS”端口開(kāi)始將輸入數(shù)據(jù)移入移位寄存器RS1中。當(dāng)計(jì)數(shù)到N個(gè)周期時(shí)，“rs_A”的信號(hào)將被置為“0”，“dec_a”“shift”“se”的信號(hào)值翻轉(zhuǎn)。此時(shí)，一個(gè)掃描切片的輸入數(shù)據(jù)已經(jīng)完全移入至參考切片中，同時(shí)被測(cè)電路的相應(yīng)數(shù)據(jù)也已經(jīng)移入掃描鏈中。3）如果掃描切片與參考切片完全相容時(shí)，則“xor”信號(hào)為“1”;反向相容時(shí)，“xor”信號(hào)為“0”。計(jì)數(shù)器CountB中有兩個(gè)信號(hào)“dec_B”和“shift”信號(hào)，如果掃描切片與參考切片一位不同時(shí)，“od_shift”信號(hào)為“1”，“dec_B”信號(hào)為“1”，CountB開(kāi)始計(jì)數(shù)，“Data_RS”端口開(kāi)始將輸入數(shù)據(jù)移入移位寄存器RS2中。當(dāng)計(jì)數(shù)到lb N個(gè)周期時(shí)，“rs_B”的信號(hào)將被置為“0”，“od_shift”“dec_B”信號(hào)值翻轉(zhuǎn)，同時(shí)將“One_Dif”信號(hào)值變?yōu)椤?”，“se”信號(hào)為“0”，通過(guò)譯碼器進(jìn)行一位不同位的選擇，同時(shí)將被測(cè)電路的相應(yīng)數(shù)據(jù)移入掃描鏈中。4）當(dāng)掃描切片為全零、全一時(shí)，“C_Z/O”端口輸出信號(hào)為“1”，同時(shí)“dec_A”信號(hào)為“1”，“shift”信號(hào)為“1”，“se”的信號(hào)為“0”，K位計(jì)數(shù)器A開(kāi)始計(jì)數(shù)，此時(shí)“Z/O”端口輸出“0”或“1”代表全零、全一，將輸入數(shù)據(jù)移入RS1中。當(dāng)計(jì)數(shù)到N個(gè)周期時(shí)，“rs_A”的信號(hào)將被置為“0”，“dec”“shift”“se”的信號(hào)值翻轉(zhuǎn)。此時(shí)，一個(gè)掃描切片的輸入數(shù)據(jù)已經(jīng)完全移入至參考切片中，同時(shí)被測(cè)電路的相應(yīng)數(shù)據(jù)也通過(guò)控制和狀態(tài)寄存器 （Control and Status Register， CSR）已經(jīng)移入掃描鏈中。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文方法的有效性，本文針對(duì)ISCAS-89中的基準(zhǔn)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用Mintest集作為確定測(cè)試集。測(cè)試壓縮程序在Core i5-3470 3.2GHz CPU、8GB內(nèi)存PC上使用C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行實(shí)現(xiàn)并解壓。實(shí)驗(yàn)電路的基本信息如表4所示。

從表5可以看出，與已有二值信號(hào)壓縮方法相比，本文方法的壓縮率普遍優(yōu)于已有二值信號(hào)的壓縮方法;與三態(tài)信號(hào)壓縮方法相比，本文方法除s13207電路壓縮率略低于該方法外，其他電路壓縮率明顯優(yōu)于該方法。同時(shí)表5中還給出了本文方法優(yōu)化操作前后對(duì)比，可以看出，經(jīng)過(guò)優(yōu)化預(yù)處理操作后的測(cè)試集的壓縮率明顯優(yōu)于未經(jīng)優(yōu)化的測(cè)試集。本文方法能夠取得較高壓縮率的原因在于：在壓縮前先將測(cè)試集進(jìn)行預(yù)處理，提高了測(cè)試集中測(cè)試向量無(wú)關(guān)位X的比例，同時(shí)經(jīng)過(guò)測(cè)試向量重排序后的測(cè)試集也更有利于相容編碼壓縮;在隨后進(jìn)行三態(tài)信號(hào)編碼時(shí)，不僅考慮測(cè)試向量直接相容的情況，還考慮了反向相容及一位不同相容的情況，從而提升了壓縮率。

文獻(xiàn)[16]提出了用于度量測(cè)試功耗中移位功耗的近似模型，這一方法稱(chēng)為加權(quán)翻轉(zhuǎn)度量（Weighted Transition Metric， WTM），該方法可以廣泛地用于估計(jì)基于串行掃描結(jié)構(gòu)的測(cè)試中的功耗。該方法對(duì)翻轉(zhuǎn)的加權(quán)值是根據(jù)翻轉(zhuǎn)在測(cè)試模式的位置得到。測(cè)試向量移入的功耗WTMi為：

不同方法的面積開(kāi)銷(xiāo)對(duì)比如表7所示。本文利用Synopsys公司的DC（Design Compiler）工具對(duì)解壓結(jié)構(gòu)以及相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電路進(jìn)行了綜合和分析，面積開(kāi)銷(xiāo)計(jì)算式為：解壓結(jié)構(gòu)面積/基準(zhǔn)電路面積*100%。本文方法雖然使用了三態(tài)檢測(cè)電路，但是它只由六個(gè)晶體管組成，面積開(kāi)銷(xiāo)較小，其余的電路開(kāi)銷(xiāo)為控制電路的開(kāi)銷(xiāo)。

由表7可以看出，與Golomb碼、FDR碼等傳統(tǒng)二值信號(hào)壓縮方法的硬件開(kāi)銷(xiāo)相比，本文方法的電路開(kāi)銷(xiāo)略有增加，解碼電路的面積開(kāi)銷(xiāo)大約在MDPRC碼和文獻(xiàn)[5]方法之間;與文獻(xiàn)[7]的三態(tài)信號(hào)壓縮方法相比，本文方法的面積開(kāi)銷(xiāo)也沒(méi)有明顯的增加，最多僅高出2.6個(gè)百分點(diǎn)左右，在可接受范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)量增加的問(wèn)題，本文提出了基于三態(tài)信號(hào)測(cè)試數(shù)據(jù)的相容壓縮方法。該方法首先對(duì)測(cè)試集進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)進(jìn)行部分輸入精簡(jiǎn)操作和測(cè)試向量重排序，在提高測(cè)試集中無(wú)關(guān)位X數(shù)量的同時(shí)提高了測(cè)試向量之間的相容性;然后，對(duì)預(yù)處理后的測(cè)試集進(jìn)行三態(tài)相容編碼壓縮，在編碼時(shí)通過(guò)設(shè)置一個(gè)參考切片作為參考量，考慮了多種情況下的相容類(lèi)型，并且考慮到一位不同特殊情況下的相容情況，得到了較高的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮率;最后，設(shè)計(jì)了壓縮方法在片上的解壓結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在沒(méi)有過(guò)高的面積開(kāi)銷(xiāo)和測(cè)試功耗的情況下，與其他已有壓縮方法相比，本文方法取得了較高的壓縮率。

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