【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 T(2)只需要4個(gè)輸入來(lái)移入向量；如果不使用共享結(jié)構(gòu)，則需要7個(gè)輸入來(lái)移入向量。在此基礎(chǔ)上，提出Illinois掃描結(jié)構(gòu)的概念，采用兩種模式進(jìn)行測(cè)試。在廣播模式下，將掃描單元連成多條掃描鏈，用同一個(gè)外部掃描輸入管腳來(lái)驅(qū)動(dòng)。由于掃描輸入管腳的共享，使得相同的邏輯值移進(jìn)不同的掃描鏈，因此在ATPG過(guò)程中必須引進(jìn)相應(yīng)的約束，結(jié)果將導(dǎo)致一些原本可測(cè)的故障在廣播模式下變得不可測(cè)。對(duì)于這些不可測(cè)的故障，可以使用不帶約束的ATPG生成測(cè)試向量，將所有掃描鏈連成一條掃描鏈，在串行模式下移進(jìn)這些向量再進(jìn)行測(cè)試。由于廣播模式可以有效地降低測(cè)試數(shù)據(jù)量和測(cè)試時(shí)間，所以采用Illinois掃描結(jié)構(gòu)可以取得一定的壓縮效果，此外，它最明顯的好處在于硬件開銷小，除了傳統(tǒng)掃描結(jié)構(gòu)必需的開銷之外，只需要增加少量的MUX邏輯和控制邏輯，而這些邏輯的面積開銷相對(duì)整個(gè)芯片來(lái)說(shuō)非常小。分段4分段3分段2分段1掃描輸出掃描輸入掃描鏈掃描輸出掃描輸入圖2. 6多個(gè)電路的并行測(cè)試 Illinois掃描結(jié)構(gòu)[13]隨后，又出現(xiàn)了很多Illinois掃描結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法，主要思想都是通過(guò)減少串行模式下測(cè)試向量的個(gè)數(shù)來(lái)降低測(cè)試數(shù)據(jù)量和測(cè)試時(shí)間，主要有以下幾種改進(jìn)方法：采用多個(gè)掃描輸入共享的掃描結(jié)構(gòu)，對(duì)掃描鏈進(jìn)行分組，每個(gè)分組中的掃描鏈用同一個(gè)外部掃描輸入管腳驅(qū)動(dòng)。這種多分組的機(jī)制，與只采用一個(gè)分組的方法相比，減小了對(duì)掃描鏈邏輯值的約束，因此能減少?gòu)V播模式下沒有觀測(cè)到的故障數(shù)。由于每個(gè)分組都要為之存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)，因此，并不是分組越多，測(cè)試數(shù)據(jù)量越少。采用何種分組方式能取得最佳的壓縮效果，是多分組Illinois掃描結(jié)構(gòu)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。掃描鏈N掃描鏈(m1)N/M+2掃描鏈(m1)N/M+1掃描鏈N/M掃描鏈2掃描鏈1[8]（III.） 基于異或門網(wǎng)絡(luò)的方法這種方法采用異或門（XOR）網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)解壓縮電路。XOR網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)線性擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)，少量輸入經(jīng)過(guò)XOR網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散后形成大量輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部掃描鏈，也就是說(shuō)，每條內(nèi)部掃描鏈的輸入都是來(lái)自于若干個(gè)外部掃描輸入經(jīng)過(guò)異或運(yùn)算后的值。基于非線性擴(kuò)展的壓縮技術(shù)在基于線性擴(kuò)展的壓縮技術(shù)中，基于共享外部掃描輸入的廣播結(jié)構(gòu)是一種最簡(jiǎn)單的線性關(guān)系, 而基于LFSR的壓縮方法和XOR網(wǎng)絡(luò)的方法都是用線性異或網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)解壓縮電路，只是電路性質(zhì)不同，一個(gè)是時(shí)序電路，一個(gè)是組合電路。實(shí)際上，還可以利用異或門以外的一些組合邏輯門來(lái)實(shí)現(xiàn)解壓縮電路，通過(guò)非線性的邏輯擴(kuò)展，將少量輸入擴(kuò)展成大量輸出，提供給內(nèi)部掃描鏈。在Adaptive Scan中，測(cè)試激勵(lì)的解壓縮采用可配置的MUX網(wǎng)絡(luò)的方法，其基本原理和Illinois廣播式結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別在于可以在移位的時(shí)候配置那些掃描鏈共享同一個(gè)輸入；測(cè)試響應(yīng)的壓縮采用XOR網(wǎng)絡(luò)的方法， DFT技術(shù)已經(jīng)成為處理器設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的組成部分, 必須在設(shè)計(jì)的早期從芯片級(jí)對(duì)測(cè)試進(jìn)行規(guī)劃、確定測(cè)試策略和設(shè)計(jì)方法。本章首先介紹了數(shù)字電路測(cè)試的基本原理，然后介紹了掃描設(shè)計(jì)DFT技術(shù)。全掃描設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于可以高效地利用自動(dòng)測(cè)試向量產(chǎn)生（Automatic Test Pattern Generation，ATPG）算法，采用組合電路模型，產(chǎn)生高效的測(cè)試向量，對(duì)門級(jí)固定型故障達(dá)到很高的故障覆蓋率。采用全掃描設(shè)計(jì)可以大大減少對(duì)功能測(cè)試的依賴，有利于故障分析，并為芯片調(diào)試提供了良好的可觀察性。然而，全掃描設(shè)計(jì)對(duì)電路本身有很高的要求，必須遵循很多設(shè)計(jì)規(guī)則。掃描設(shè)計(jì)DFT技術(shù)在目前主流的處理器芯片中都獲得了廣泛的應(yīng)用。另外本章還綜述了測(cè)試壓縮的基本原理和一些方法，包括基于已有編碼方法的壓縮技術(shù)、基于線性擴(kuò)展的壓縮技術(shù)和基于非線性擴(kuò)展的壓縮技術(shù)。46 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 一款高性能通用處理器芯 片的掃描壓縮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　　　　隨著芯片復(fù)雜度和工藝水平的提高，DFT技術(shù)已經(jīng)成為保證芯片質(zhì)量、降低測(cè)試成本的關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行DFT設(shè)計(jì)已成為當(dāng)今處理器開發(fā)過(guò)程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。針對(duì)一款高性能通用處理器芯片設(shè)計(jì)，我們提供了全掃描設(shè)計(jì)的DFT解決方案。，然后在后面的小節(jié)中對(duì)這種DFT技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。 GodsonD 處理器概述GodsonD 處理器是一個(gè)64 位的、順序雙發(fā)射、支持X86 指令集的單核芯片。 所示。其中復(fù)雜功能單元CFU 實(shí)現(xiàn)了32 條復(fù)雜指令，由于這些指令出現(xiàn)的概率非常小，所以用復(fù)雜功能單元對(duì)性能不會(huì)有太大的影響。處理器芯片采用 13 級(jí)流水線的順序雙發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中取指和譯碼階段各占了三級(jí)流水。一級(jí)指令緩存和數(shù)據(jù)緩存的大小均為32KB，采用8 路組相連的結(jié)構(gòu)；二級(jí)緩存大小為512KB，采用8 路組相連結(jié)構(gòu)。執(zhí)行部件中對(duì)于出現(xiàn)概率比較高的指令都有兩份運(yùn)算單元，地址計(jì)算邏輯也有兩個(gè)。 GodsonD 處理器結(jié)構(gòu)圖通常，DFT設(shè)計(jì)的流程是：首先在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的較高層次，DFT設(shè)計(jì)者需要運(yùn)用高層次的可測(cè)試性度量方法分析電路的可測(cè)試性問(wèn)題，以對(duì)芯片的設(shè)計(jì)做相應(yīng)的修改，并且使設(shè)計(jì)的硬件描述語(yǔ)言的代碼風(fēng)格符合掃描設(shè)計(jì)規(guī)則，然后在RTL級(jí)完成BIST的設(shè)計(jì)，接著，在邏輯綜合之后．設(shè)計(jì)者進(jìn)行掃描鏈的插入。根據(jù)需要，設(shè)計(jì)者可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候增加邊界掃描功能(RTL級(jí)或者邏輯綜合之后)。在后端的布局布線階段，也要考慮掃描鏈的重新規(guī)劃問(wèn)題。最后，由設(shè)計(jì)者提供高質(zhì)量的測(cè)試向量集合?？紤]到LBIST在實(shí)際工程應(yīng)用上的難點(diǎn)（包括故障覆蓋率、面積和性能開銷等），我們?cè)趯?shí)際的DFT設(shè)計(jì)中并沒有采用LBIST，對(duì)芯片邏輯部分的測(cè)試仍然依賴于傳統(tǒng)的ATE。，我所做的工作在陰影部分，以下的小結(jié)將具體介紹。在該處理器中，我們采用了Synopsis公司的DFT Compiler進(jìn)行掃描鏈的插入以及各種DFT規(guī)則的檢查。在掃描鏈的插入中，我們采用最基本的MUX掃描觸發(fā)器來(lái)替換原來(lái)設(shè)計(jì)中的觸發(fā)器。掃描觸發(fā)器由一個(gè)D觸發(fā)器和一個(gè)多路選擇器MUX組成。當(dāng)SE=1時(shí)，觸發(fā)器輸入數(shù)據(jù)為上一個(gè)掃描觸發(fā)器的輸出端，從而完成測(cè)試時(shí)的串行移位功能；當(dāng)SE=0時(shí)，觸發(fā)器的輸入數(shù)據(jù)為正常功能狀態(tài)的輸入，從而完成芯片正常功能。在設(shè)計(jì)掃描鏈時(shí)，同一條掃描鏈上的掃描觸發(fā)器屬于同一個(gè)時(shí)鐘域，這樣就可以避免因?yàn)闀r(shí)鐘域混插而導(dǎo)致移位時(shí)時(shí)鐘無(wú)法對(duì)齊的情況。功能通路掃描使能0CLKQD1掃描通路 掃描觸發(fā)器的基本原理掃描設(shè)計(jì)已經(jīng)成為業(yè)界普遍采用的可測(cè)試性設(shè)計(jì)方法，它與ATPG相結(jié)合，可以確保高質(zhì)量的測(cè)試結(jié)果。然而，隨著電路規(guī)模的增大、觸發(fā)器個(gè)數(shù)的增多，如果要實(shí)現(xiàn)高覆蓋率的測(cè)試，掃描測(cè)試的數(shù)據(jù)量將急劇增加，從而給依賴于ATE的測(cè)試帶來(lái)一些問(wèn)題：1）龐大的測(cè)試數(shù)據(jù)量一方面對(duì)ATE的存儲(chǔ)容量提出了更高的要求，另一方面也意味著較長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間；2）盡管掃描向量的測(cè)試時(shí)間可以通過(guò)設(shè)計(jì)大量的掃描鏈來(lái)減少，但由于實(shí)際中芯片管腳數(shù)和ATE測(cè)試通道數(shù)的限制，可以由ATE直接驅(qū)動(dòng)的內(nèi)部掃描鏈的條數(shù)是有限的，使得設(shè)計(jì)的掃描鏈過(guò)長(zhǎng)，增加了測(cè)試時(shí)間。上述種種，都會(huì)帶來(lái)測(cè)試成本的增加。為了減少測(cè)試成本，各種測(cè)試壓縮的方法被廣泛的應(yīng)用到VLSI測(cè)試中。在本次設(shè)計(jì)中，調(diào)研了synopsys工具中集成的測(cè)試壓縮工具—adaptive scan。在Adaptive Scan中，測(cè)試激勵(lì)的解壓縮采用可配置的MUX網(wǎng)絡(luò)的方法，其基本原理和Illinois廣播式結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別在于可以在移位的時(shí)候配置那些掃描鏈共享同一個(gè)輸入；測(cè)試響應(yīng)的壓縮采用XOR網(wǎng)絡(luò)的方法。在實(shí)際的工程中，可以配置輸入端口數(shù)量、掃描鏈的長(zhǎng)度、掃描鏈的數(shù)量等。 1 1 10 0 01 0 11011111111000000000000 0 00 0 01 0 1掃描輸入掃描輸出測(cè)試激勵(lì)解壓縮：MUX網(wǎng)絡(luò)測(cè)試響應(yīng)壓縮：異或門網(wǎng)絡(luò) Adaptive Scan壓縮原理實(shí)驗(yàn)過(guò)程：為了獲得較高的故障覆蓋率，我們采用了全掃描的設(shè)計(jì)方案，電路中共46137個(gè)觸發(fā)器，我們將其中除了兩個(gè)因需要必須為常數(shù)以外的全部單元替換成可掃描單元，掃描比例為100%。輸入文件：電路RTL代碼及電路網(wǎng)表開發(fā)環(huán)境：Synopsys DFTMAX (內(nèi)含Adaptive Scan), TMAX 0509功能：提供行測(cè)試模式和單核測(cè)試模式，并提供壓縮模式的測(cè)試和非壓縮模式的測(cè)試。由于該階段的設(shè)計(jì)輸入是已經(jīng)替換成掃描觸發(fā)器的網(wǎng)表文件，所以不需要設(shè)定時(shí)鐘的相關(guān)信息（周期、延遲、偏斜等），而只需要從輸入的設(shè)計(jì)中識(shí)別出相關(guān)的掃描時(shí)鐘信號(hào)、掃描使能信號(hào)等并將一些信號(hào)的值在測(cè)試模式下約束成常數(shù)。 命令參數(shù)含義set_dft_signalview existing_dft type ScanClockport clock指定端口信號(hào)clock作為測(cè)試的時(shí)鐘信號(hào)set_dft_signalview spectype ScanEnableport scanmode指定端口信號(hào)scanmode作為掃描觸發(fā)器的掃描使能信號(hào)set_dft_signalview existing_dfttype Constantport reset active_state 0指定在測(cè)試模式下需要保持為常數(shù)的信號(hào)，如reset, bypass, testmode_ 以及這些信號(hào)的有效值set_dft_signalview spectype ScanDataInport tile_si[9:0]指明每種測(cè)試模式下使用的掃描輸入端口；在Internal_scan和ScanCompression兩種模式下掃描輸入端口都是tile_si[9:0]；set_dft_signalview spectype ScanDataOutport tile_so[9:0]指明每種測(cè)試模式下使用的掃描輸出端口；在Internal_scan和ScanCompression兩種模式下掃描輸出端口都是tile_so[9:0]；其中view spec和view existing_dft命令的區(qū)別是：existing_dft表示該信號(hào)在電路中已經(jīng)連接好了，在insert_dft的過(guò)程中不需要對(duì)該信號(hào)進(jìn)行任何操作；spec表示該信號(hào)并未進(jìn)行連接或者需要重新進(jìn)行連接，在insert_dft階段需要先對(duì)該信號(hào)斷開已有的連接方式，然后重新按照設(shè)定的要求進(jìn)行連接。一般而言，觸發(fā)器的時(shí)鐘端口在設(shè)計(jì)輸入階段已經(jīng)是正確連接好了的，所以這里設(shè)定為existing_dft；而觸發(fā)器的掃描使能端口在scan_ready綜合之后是常數(shù)0，所以在insert_dft階段要將所有的觸發(fā)器的掃描使能信號(hào)連接到頂層的scanmode端口上。識(shí)別出相應(yīng)的掃描信號(hào)之后就需要配置在每種模式下掃描鏈的條數(shù)以及最大掃描鏈的長(zhǎng)度，同時(shí)設(shè)定插入流水線（pipeline）寄存器的級(jí)數(shù)并指明pi