一种用perl编写FPGA内建测试向量的方法

张秀均，陈 诚，孟祥媛

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035）

1 引言

现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array）器件，随着FPGA广泛应用推进了其向着高速、高集成度、高稳定性、低功耗、低价格的方向发展。集成度和复杂性的提高，给生产出高稳定和高可靠性能的器件提出了更高的要求。为满足稳定可靠的要求，测试环节为其提供了强有力的保障。所以，对FPGA器件故障的测试方法、测试技术进行研究具有重要意义。

2 FPGA的结构

FPGA是由二维的CLB阵列和四周环绕IOB组成，CLB与IOB通过可编程的互联网络线相连。互联网络线由开关阵列和各种线段构成。由于FPGA结构比较对称，有一定的规律性，在写测试码时可以将此特性加以应用，在保证覆盖率的同时，可以极大地提高测试效率。有一个重要特征是整个芯片被划分为很多的tile，XC3042A的tile的划分如图1所示，FPGA所有的可编程资源通过tile和site两个属性就可以知道其坐标位置。在下文的net编程中就是通过循环语句来处理PIP的tile以达到高效的目的。

图1 tile的划分及坐标系

3 FPGA典型故障与测试方法

FPGA的典型故障模型有桥接故障、固定故障、暂态故障、延迟故障、翻转故障、耦合故障等。FPGA常用测试思路是对芯片的各种资源和结构进行分块测试，极限使用 FPGA 的每个模块或者资源，逐一测试最终达到全覆盖测试的方法。FPGA内部资源一般包括可编程逻辑单元（CLB）、嵌入式存储器（Block RAM）、可编程连线资源（Interconnect and Switch）以及可编程I/O单元。测试不同资源时，应根据被测资源特点选择相应的故障模型，以确保FPGA芯片测试达到较高的故障覆盖率。

4 XDL（Xilinx Design Language）

4.1 XDL文件的作用

XDL是xilinx公司的一种全功能的物理层设计语言。用此语言编写的XDL文件与使用FPGA Editor编辑生成的NCD文件是等价的。对xilinx的FPGA器件，最终配置到芯片中是二进制的rbt格式文件，可以通过图2的这几种方式获得。本文获取rbt文件的流程如图中曲线的指示方向，主要研究的内容在图中的虚线框内。

图2 各文件之间的关系

4.2 XDL工具的使用

XDL工具可以使XDL文件和NCD文件通过命令行进行转换，命令的使用方法是：开始→运行→输入cmd命令→弹出windows命令行窗口→进入存放xdl.exe的目录→输入命令。

4.3 XDL文件内容格式

此文件内容由三部分构成：design部分、实例化元件部分和元件之间的连线net部分，其语法格式和样例代码如表1所示。

5 用perl编写XDL测试向量

perl语言是一种处理字符能力非常强的计算机高级语言，非常适合于处理上文所述的XDL文件，因为此文件比较有规律且全是字符的文本文件。上文中4.1节给出了生成rbt文件的大致流程，图3是详细过程。

图3 本文测试向量编写的流程图

在写pl文件之前需要进行测试需求分析，选择合适的方法，以达到用最少的测试向量覆盖尽可能多的需要测试的资源，并且要满足测试要求。再使用FPGA Editor可视化来布一些复杂向量的局部，将此NCD文件转为XDL文件，以便在写pl文件的时候使用。如下有一个例子可以说明如何用perl生成XDL文件。

表1 XDL语法及样例

图4 pl文件生成XDL转成的NCD

在完成代码后，需要对其进行调试。调试通过后得到XDL文件，使用XDL工具将此文件转换为NCD文件，成功则可进行下一步工作，未成功会报相应的错误，那么就需要返回调试pl文件或更改XDL文件，循环此过程，直到转换通过。通过后可以用FPGA Editor可视化工具检查是否满足要求，不满足则返回，满足则生成rbt文件，此测试向量编写完成。

6 总结

本文所研究的用perl编写Xilinx的FPGA内建测试向量的方法，通过深入分析XDL文件，其易编辑、与可视化的NCD文件可等价转化这两个特性，将其应用到编写内建测试向量中可以提高测试向量的生成效率，并可以对任意需要编辑的资源进行编辑，能有效地缩短测试时间和提高FPGA测试的覆盖率。

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