一種用perl編寫FPGA內建測試向量的方法

張秀均，陳 誠，孟祥媛

（中國電子科技集團公司第58研究所，江蘇 無錫 214035）

1 引言

現場可編程門陣列FPGA（Field Programmable Gate Array）器件，隨著FPGA廣泛應用推進了其向著高速、高集成度、高穩定性、低功耗、低價格的方向發展。集成度和復雜性的提高，給生產出高穩定和高可靠性能的器件提出了更高的要求。為滿足穩定可靠的要求，測試環節為其提供了強有力的保障。所以，對FPGA器件故障的測試方法、測試技術進行研究具有重要意義。

2 FPGA的結構

FPGA是由二維的CLB陣列和四周環繞IOB組成，CLB與IOB通過可編程的互聯網絡線相連?；ヂ摼W絡線由開關陣列和各種線段構成。由于FPGA結構比較對稱，有一定的規律性，在寫測試碼時可以將此特性加以應用，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，FPGA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位置。在下文的net編程中就是通過循環語句來處理PIP的tile以達到高效的目的。

圖1 tile的劃分及坐標系

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、暫態故障、延遲故障、翻轉故障、耦合故障等。FPGA常用測試思路是對芯片的各種資源和結構進行分塊測試，極限使用 FPGA 的每個模塊或者資源，逐一測試最終達到全覆蓋測試的方法。FPGA內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，應根據被測資源特點選擇相應的故障模型，以確保FPGA芯片測試達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，主要研究的內容在圖中的虛線框內。

圖2 各文件之間的關系

4.2 XDL工具的使用

XDL工具可以使XDL文件和NCD文件通過命令行進行轉換，命令的使用方法是：開始→運行→輸入cmd命令→彈出windows命令行窗口→進入存放xdl.exe的目錄→輸入命令。

4.3 XDL文件內容格式

此文件內容由三部分構成：design部分、實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的計算機高級語言，非常適合于處理上文所述的XDL文件，因為此文件比較有規律且全是字符的文本文件。上文中4.1節給出了生成rbt文件的大致流程，圖3是詳細過程。

圖3 本文測試向量編寫的流程圖

在寫pl文件之前需要進行測試需求分析，選擇合適的方法，以達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可視化來布一些復雜向量的局部，將此NCD文件轉為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轉成的NCD

在完成代碼后，需要對其進行調試。調試通過后得到XDL文件，使用XDL工具將此文件轉換為NCD文件，成功則可進行下一步工作，未成功會報相應的錯誤，那么就需要返回調試pl文件或更改XDL文件，循環此過程，直到轉換通過。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

本文所研究的用perl編寫Xilinx的FPGA內建測試向量的方法，通過深入分析XDL文件，其易編輯、與可視化的NCD文件可等價轉化這兩個特性，將其應用到編寫內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行編輯，能有效地縮短測試時間和提高FPGA測試的覆蓋率。

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