明導(dǎo)：轉(zhuǎn)向使用即插即用的分層 DFT 的好處

Mentor Graphics近日發(fā)布一份題為《轉(zhuǎn)向使用即插即用的分層 DFT 的好處》的研究報告。

一、背景

傳統(tǒng)的全芯片 ATPG 正日漸衰退，對于許多現(xiàn)有的和未來的集成芯片器件來說，一項主要挑戰(zhàn)就是如何為龐大數(shù)量的設(shè)計創(chuàng)建測試圖案。對于有百萬門甚至數(shù)億門的設(shè)計，傳統(tǒng)上等到設(shè)計完成再創(chuàng)建測試圖案的方法是不切實際的，產(chǎn)生所有這些圖案需要龐大的計算能力和相當(dāng)多的時間。分層可測試性設(shè)計通過在區(qū)塊或內(nèi)核上完成了 DFT 插入和圖案生成解決了這個問題。這大大減少了圖案生成時間和所需的計算資源。它還能讓你在設(shè)計過程中提前完成大部分 DFT 和圖案生成，從而大幅提高可預(yù)測性并降低風(fēng)險。本文將介紹分層 DFT 流程的：插入掃描包裝器 (Wrapper)、為內(nèi)核生成灰盒圖像，將內(nèi)核級圖案重定向到集成芯片頂層的簡單映射步驟。

二、為什么即插即用是合理的?

即插即用這種方法帶來的一個重要好處就是，在設(shè)計過程中你可以在內(nèi)核層面提前完成所有工作。這降低了許多類型的風(fēng)險，因為任何問題都可以提前解決，讓最終芯片測試架構(gòu)和結(jié)果變得更可預(yù)見。在內(nèi)核層面做更多的測試工作還能讓各單獨的開發(fā)團隊獨立工作，然后向做芯片集成工作的同事交付標(biāo)準(zhǔn)的 DFT 操作和測試圖案等數(shù)據(jù)。此外，一旦設(shè)計和圖案數(shù)據(jù)完成，同樣的數(shù)據(jù)可以被重新用于任何使用該內(nèi)核的芯片設(shè)計。即插即用方法同樣非常靈活。如果設(shè)計出現(xiàn)問題，需要進行工程更改(ECO)，那么只需要對進行ECO的內(nèi)核重新生成測試圖案。

三、使用包裝器鏈打造獨立內(nèi)核

分層和內(nèi)核的即插即用方法的基本要求之一是，確保每個內(nèi)核可以獨立進行測試。DFT 工具可以從內(nèi)核IO開始，并橫穿內(nèi)核邏輯直到找到第一個寄存器，然后將其包括在包裝器鏈中。這些單元由于同時執(zhí)行功能性任務(wù)和測試任務(wù)，因而被稱為共享包裝器單元。許多設(shè)計包含寄存器IO，這樣進出內(nèi)核的信號的時序能得到很好地確定。這使包裝器插入變得非常簡單。

包裝器鏈同時還支持頂層IC建模和規(guī)則檢查。一旦包裝器鏈被插入，DFT 工具程序可以分析任何內(nèi)核，并找出IO和包裝器鏈之間存在什么樣的邏輯。利用該邏輯，內(nèi)核的部分圖像被寫出，我們稱之為灰盒(圖1)?；液斜挥脕眚炞C內(nèi)核在頂層的連接是否正確(設(shè)計規(guī)則檢查)，同時也被用來創(chuàng)建各種內(nèi)核之間的簡單互連測試。

圖1：當(dāng)掃描鏈插入內(nèi)核，包裝器鏈的結(jié)構(gòu)允許將內(nèi)核隔離為一個完整的包裝器內(nèi)核，如左圖所示。右圖顯示了一個灰盒模型，其中頂層測試只需要內(nèi)核IO和包裝器鏈之間的邏輯。

圖1：當(dāng)掃描鏈插入內(nèi)核，包裝器鏈的結(jié)構(gòu)允許將內(nèi)核隔離為一個完整的包裝器內(nèi)核，如左圖所示。右圖顯示了一個灰盒模型，其中頂層測試只需要內(nèi)核IO和包裝器鏈之間的邏輯。

四、內(nèi)核層面的模式生成

分層DFT的優(yōu)點是，內(nèi)核DFT和 ATPG 的進行能夠完全獨立于其他內(nèi)核(圖2)。即便 IO 值未知，包裝器鏈也能使 ATPG 實現(xiàn)高覆蓋率。ATPG 工具只需要得到測試圖形將重定向的指示，這樣未知值就可以通過IO賦值，同時恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)被存出來，這些恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)包括需要在IC頂層驗證的任何時鐘或被約束引腳。

圖2：利用分層測試方法，所有區(qū)塊的 ATPG 工作可以在各內(nèi)核上獨立完成。

五、將內(nèi)核測試圖案重定向并整合到頂層

分層 DFT 方法可以便捷地實現(xiàn)頂層IC的測試圖案整合。第一步是執(zhí)行一些基本的DFT設(shè)計規(guī)則檢查(DRC)。完成這一步只需要有頂層網(wǎng)表和所有內(nèi)核的灰盒模型(圖3)。分層DFT方法常常使用IC 層測試訪問機制(TAM)，將芯片的IO定向到需要測試的特殊區(qū)塊或區(qū)塊組。它既可以簡單到只需要幾個多路復(fù)用器，也可以復(fù)雜得多。復(fù)用的內(nèi)核通常有并聯(lián)廣播到所有內(nèi)核的輸入信道，這樣從一套輸入信道就得到同樣的測試。我們比較建議將TAM建立在 IJTAG 的基礎(chǔ)上，因為IJTAG是一個非常廣泛而靈活的標(biāo)準(zhǔn)，也最適用于即插即用。

圖3：模式重定向需要獨立生成的內(nèi)核測試圖案，并對其進行重新定向，使之可以從IC層執(zhí)行。這張圖顯示了被重定向并整合的三個內(nèi)核測試圖案，使其并行執(zhí)行。對于一個典型的 IC來講，會有一些區(qū)塊的測試圖案被整合，而另一部分區(qū)塊需要被放到另一階段進行測試。

圖3：模式重定向需要獨立生成的內(nèi)核測試圖案，并對其進行重新定向，使之可以從IC層執(zhí)行。這張圖顯示了被重定向并整合的三個內(nèi)核測試圖案，使其并行執(zhí)行。對于一個典型的 IC來講，會有一些區(qū)塊的測試圖案被整合，而另一部分區(qū)塊需要被放到另一階段進行測試。

分層方法的最后一步是生成測試各內(nèi)核之間互連的IC層測試圖案?；液心Ｐ驮谶@里被應(yīng)用。它是設(shè)計后期的 ATPG 步驟，因為所有內(nèi)核設(shè)計和 TAM 首先必須在此之前完成。

六、下一步是什么?

分層 DFT的掃描和包裝器插入、灰盒生成和測試圖案重定向等基本特性為許多設(shè)計提供了一個顯著優(yōu)勢。但是選擇哪些模塊并行測試，哪些串行測試，使測試效率得到優(yōu)化還需要很多做很多工作。有效的頂層規(guī)劃要求一些內(nèi)核測試圖案信息必須是有效的。與幫助確定最佳壓縮配置的壓縮分析的功能類似，頂層TAM規(guī)劃在內(nèi)核設(shè)計可用時更為高效。針對這個問題正在開發(fā)的方法之一是將IC信道帶寬動態(tài)分配給各個內(nèi)核。這樣的話，在設(shè)計TAM前就不需要知道內(nèi)核測試圖案的性質(zhì)。此外，動態(tài)分配掃描信道將減少整個測試圖案集的大小。

七、報告總結(jié)

分層DFT方法正在被許多設(shè)計所采用，它顯著加快了 ATPG 的速度，降低了工作站的規(guī)模。這對于數(shù)億門或以上的超大規(guī)模設(shè)計來說至關(guān)重要。分層DFT 的另一大優(yōu)點是它很大程度上改進了工序，帶來了即插即用的便利。因此，只要內(nèi)核設(shè)計完成，那么更多的DFT和 ATPG 工作可以在設(shè)計周期的更早階段進行，這些都有利于降低風(fēng)險、提高可預(yù)見性、以及后期的 ECO。

本文作者 Ron Press

Ron Press 是明導(dǎo)硅測試解決方案產(chǎn)品的的技術(shù)營銷經(jīng)理。他在測試和 DFT行業(yè)有著25年的經(jīng)驗，曾多次出席全球各地的DFT和測試研討會。他出版了數(shù)十篇與測試相關(guān)的論文，是國際測試會議 (ITC) 指導(dǎo)委員會的成員，IEEE計算機學(xué)會的 Golden Core 成員，IEEE的高級會員。Ron擁有多項減少引腳數(shù)測試和無干擾時鐘切換的專利。