淺談復用的SOC測試技術

復用不僅是SOC設計思想的核心，也是解決SOC測試的基礎。本文在分析SOC的基本概念和特點的基礎上，從復用的角度對現(xiàn)有的SOC測試方案進行分析和綜述，并探討了亟待解決的問題。

1 引言

90年代國際上出現(xiàn)的SOC概念，以系統(tǒng)為中心、基于IP模塊多層次、高度復用的設計思想受到普遍重視和廣泛應用 ［1，2］。SOC的高集成度和復雜度使得SOC測試面臨挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的基于整個電路的測試方法不再適用。對于IP模塊和SOC而言，在電路設計向可復用這一目標發(fā)展的同時，測試中的復用也變得愈加重要，成為解決SOC測試的關鍵 ［3］，也成為目前該領域研究的焦點。本文在分析SOC與SOB（system on board）本質區(qū)別的基礎上，闡明復用對于SOC測試的重要性，對現(xiàn)有主要幾類基于復用思想的SOC測試進行分析。

2 SOC的測試

SOC使集成電路設計者分為兩個部分：IP模塊的設計者和SOC集成者（IP模塊的使用者）［2，4，5］ 。IP模塊是設計者提供的具有特定功能和相關參數(shù)描述的模塊；而SOC集成者利用它們和用戶自定義邏輯（UDL）集成在一起，實現(xiàn)既定的功能。從表面上看，這種設計類似于傳統(tǒng)的基于芯片的SOB 設計，但二者存在本質區(qū)別。

SOB中的IC是經制造生產和測試后的實體，因此對SOB集成者而言，測試是針對系統(tǒng)中IC之間連接的測試。在SOB的設計集成過程中，IC的制造商和系統(tǒng)的集成者有相對獨立的測試開發(fā)和實施階段，如圖1所示。從描述的層次而言，SOC中的IP模塊可以分為軟核、固核以及硬核。每一個核又可以是若干更小的模塊共同構成，但無論什么模塊，相對于SOB中的芯片而言是虛擬器件，在進行SOC集成設計時都未經物理實現(xiàn)。

IP模塊提供者對所設計的虛擬模塊進行測試開發(fā)，卻不能對IP模塊進行實際的物理測試。因此IP模塊設計者和SOC集成者的測試開發(fā)和實施將不再是彼此獨立和分割的兩個階段。SOC集成者要完成包括IP模塊在內的整個芯片的測試方案［2］。因此，SOC測試較傳統(tǒng)的SOB測試而言，更加復雜，也更具挑戰(zhàn)性。

3 復用技術與SOC測試

隨著技術的發(fā)展和市場的需要，IP模塊和SOC 的設計正逐漸以分布和并行的方式進行。來源于不同的各種IP模塊的多層次復用是SOC的基礎。IP 模塊是對功能和實現(xiàn)方式的描述，是未經物理實現(xiàn)的虛擬器件，不同類型的IP模塊有不同的模型和測試方法，IP模塊的提供者雖然無法對模塊進行物理測試，但必須向SOC集成者提供模塊的測試信息，其中包括模塊的測試方法、可測性結構、測試產生方法及測試集等 ［2，4，6］。

如果不以這些模塊的測試信息為基礎，SOC集成者就無法對高達千萬門級的芯片進行測試，而復用則是SOC測試的關鍵。因此，國際上IEEE P1500工作組和VSIA（virtual socket in ter face alliance）聯(lián)盟正在制定相關的國際標準［6，7］ ，研究焦點集中于規(guī)范IP模塊設計者和SOC集成者之間的軟硬件接口，如模塊測試語言（CTL，）和可擴展結構，以實現(xiàn)SOC測試中IP模塊測試信息的即插即用。

但標準并不進行復用方法和測試集成及優(yōu)化的研究，有許多問題尚未解決。因此采用何種方式復用，如何解決復用中遇到的問題成為目前 SOC測試研究的焦點之一。從復用的角度，現(xiàn)有的SOC測試解決方案大致分為兩類：直接復用和間接復用。

3.1 直接復用

該方法的基本思路是自頂向下，直接在芯片級使用已有的模塊測試信息，通過實現(xiàn)對每個IP模塊的測試訪問從而解決整個芯片的測試［8］。核心是通過構建測試通路實現(xiàn)對各IP模塊的測試訪問，前提是各IP模塊都具有良好的可測性和完整的測試信息。這類方法的有效性關鍵在于兩個方面，即各模塊原有測試信息的質量和在SOC中各模塊測試訪問的實現(xiàn)。具體的方案如下。

① 測試總線。ARM公司發(fā)布的32位AMBA（advanced microcontroller bus architecture）總線結構，通過解決每個IP模塊的測試訪問問題來最終完成整個SOC的測試，但其兼容性、測試費用及測試時間上有其局限性 ［9］。Duel Technologies公司也作了類似的工作，提出了“測試總線”，連接每個IP模塊，雖然優(yōu)化了測試所占用的芯片面積，但無法同時將多個IP模塊連到總線上進行測試。

② 端口訪問。Intel公司提出將每個IP模塊的接口端通過多路選擇器接到芯片的引腳上直接進行訪問［10］。但當IP模塊增加時，對多路選擇器的控制就會過于復雜，且該方法對IP的端口數(shù)有明確的限制。

③ 模塊的透明模型。文獻［11］提出一種基于IP模塊透明模型的方法，它要求每個IP模塊都有一種工作模式——透明模式。當對SOC中某一個IP模塊進行測試時，其它模塊均處于透明模式，從而為該模塊提供測試訪問通路。這種方案較前兩種方案減少了硬件開銷，但對IP模塊的設計有特殊要求，且數(shù)據傳輸通道多位串行會導致測試時間過長。

④ 邊界掃描。Texas Instrument公司利用IEEE 1149.1標準中的邊界掃描測試（BST）技術，通過標準的掃描鏈串行訪問IP模塊，該方案是將用于解決SOB的測試技術移植到了SOC上。該方案的硬件開銷會隨著電路集成度提高而加大，測試時間也會隨著SOC規(guī)模的增加變得無法接受［12］。

3.2 間接復用

這類方法的基本思路是自底向上，利用每個模塊級的測試信息，通過綜合轉換形成該模塊在芯片級可以實施的測試信息，直至形成整個芯片的測試。核心是以系統(tǒng)為出發(fā)點，利用各IP模塊的測試信息，綜合SOC的結構或功能特點，形成SOC 對各IP模塊的測試數(shù)據和方案。具體的方案如下。

① 宏測試。從設計出發(fā)，在自IP模塊向系統(tǒng)集成的過程中不斷將模塊的測試信息進行擴展，直至芯片級。其中較為典型的是Philips公司將解決IC測試的Macro Test技術用于SOC測試［13］。其基本思路是將每個IP模塊的測試信息以測試協(xié)議描述，結合整個系統(tǒng)的設計，識別合適的訪問路徑擴展到芯片級，再通過芯片級的測試協(xié)議調度每個模塊的測試順序，最終通過單獨測試每個IP的方法來完成SOC測試。該方法對SOC中的IP模塊及其測試信息有嚴格的規(guī)定。

② 層次復用。文獻［13］提出了一種層次法，基本思路是針對系統(tǒng)進行分析，提取系統(tǒng)中與待測IP 模塊的約束關系，使模塊在約束下直接產生測試集，進而解決整個芯片系統(tǒng)的測試問題。該方法每次只考慮一個模塊，先對每個模塊產生功能約束，將約束和該模塊一起綜合，形成一個從芯片級可以訪問的對應電路，再用商業(yè)軟件對模塊內部的故障生成測試。但當該技術應用到集成度很高的SOC時，模塊本身測試的生成變得非常困難。如果SOC中的模塊是多層次復用的，需要進一步分解成子模塊，約束條件的提取變得十分繁復。為解決這個問題，文獻［14］提出一種新的層次地提取可重復使用的約束方法，并在提取約束時利用綜合工具剔除冗余的邏輯部分，提高了測試生成效率，使其更有效。 中聯(lián)網

③ 功能復用。SOC的功能日益強大，其中許多都含有內嵌處理器和存儲器。文獻［16］，［17］提出，在SOC內部通過內嵌處理器模塊和存儲器模塊實現(xiàn)對其他IP模塊的測試。具體就是首先將各IP模塊的測試數(shù)據壓縮并存入存儲器模塊，再由內嵌處理器利用這些數(shù)據，對IP模塊進行測試并收集響應進行測試分析。這種方法充分利用了SOC內部資源和已有的各IP模塊測試信息，可以實現(xiàn)芯片內部的高速測試。但測試數(shù)據處理和測試控制的復雜度都會隨的SOC設計復雜度的加大而增加。

4 面臨的問題

SOC內部晶體管集成度的增長遠遠高于芯片引腳的增長，有限的管腳資源使得外部數(shù)據帶寬和內部數(shù)據帶寬之間的差異越來越大［1］。這種差異不僅降低了內部模塊的可測性，還加大了間接復用方案中測試生成的難度。同時，具有一定故障覆蓋率的測試數(shù)據會隨著電路集成度和規(guī)模的增加而增加，大量的測試數(shù)據會對直接復用方案中的測試訪問的頻率和帶寬提出要求。

SOC嵌入了類型豐富的IP模塊，一些公司已將模擬電路、數(shù)字電路、嵌入式DRAM等不同形式的模塊集成到芯片中。隨著技術的發(fā)展，將有更多的電路類型被集成到SOC中，如嵌入式的FPGA、Flash、射頻發(fā)生器等?；旌?a target="_blank">信號測試在SOC測試中占有重要地位，現(xiàn)有的復用方案還未解決該問題。

前面分析的現(xiàn)有方案有的來自于專業(yè)廠商，有的是利用自己的技術傳統(tǒng)，對原IC、SOB測試技術的改進，著眼于解決各自產品的測試問題，因此研究的出發(fā)點有局限性，各方案的適用范圍有限。

5 結論

迄今為止，還沒有一個貫穿IP模塊和SOC設計始終的完整的SOC測試解決方案，因為這不僅需要盡快訂立相關的國際標準，還需要進行一些關于復用方法上的研究，例如，如何在進行IP模塊的測試開發(fā)中引入可復用的因素，使得模塊級的測試信息對被集成環(huán)境具有更好的適應性，能被更高層電路模塊的測試開發(fā)高效率地復用；研究基于復用的測試集成和優(yōu)化技術，利用已有模塊測試信息，集成出更高層模塊的測試并保證其可復用性等。

編輯：jq